Resumen biología para bachi

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Resumen biología para bachi

  1. 1. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes Generales sobre el Temario de BiologíaEtimológicamente el concepto biología se deriva del prefijo BIO que hace referencia a vida yal sufijo LOGOS, que significa saber, conocimiento, ciencia. Por ello entendemos la BIOLOGÍAcomo la ciencia que estudia los seres vivos, sus características, funciones y relaciones.Entendemos el concepto vida como la capacidad para realizar funciones vitales, o sea aquelgrupo de actividades que le permiten mantenerse con vida. Para efectos de estudio lasfunciones vitales las separamos en tres grupos, a saber:Nutrición, aquellas encargadas de la incorporación, transformación y utilización de la materiay la energía necesaria para vivir.Relación, como aquellas funciones que le permiten al ser vivo integrar respuestas ante losestímulos del medio en el que se desarrolla.Reproducción, son las funciones que le permiten perpetuarse como especie, además depropiciar en el ser vivo el crecimiento y la regeneración de tejidos.Debemos diferenciar entre ciclo de vida y funciones vitales, ya que la el primero es elconjunto de actividades realizadas por un ser vivo durante su existencia, iniciando al nacer yculminando al morir. La segunda por su parte se refiere a la acción para mantenerse vivo,parece obvio que el morir no es una función vital, sino la culminación del ciclo de existenciadel ser.LA CÉLULA Recordarás que de acuerdo a la teoría celular, se considera a la célula como “launidad anatómica, fisiológica y reproductiva de todo ser vivo”, y que por ello se dice quecompone todo ser vivo, realiza las funciones vitales y puede auto reproducirse. Antes deprofundizar este tema debemos recordar que existen dos tipos de células de acuerdo a sugrado de complejidad. Las células procarióticas; aquellas cuyo núcleo no se encuentradefinido o dicho de otra forma carece de membrana nuclear que le circunscriba, y laeucarióticas; aquellas que si poseen membrana nuclear y por ello el núcleo se encuentradelimitado y circunscrito en la región media de la célula.La palabra célula deriva del latín cella que significa celdilla o cámara pequeña. En Biología, eltérmino se refiere específicamente a las unidades de una estructura viva más que a losdepartamentos en que pueda ser definida. La definición más aceptada de célula se presenta como una unidad anatómica,funcional y reproductiva de todo ser vivo. Esta definición es basada en que aquella estructurasea capaz de manifestar vida, o sea realizar todas aquellas actividades propias de los seres
  2. 2. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 2vivos, todo el conjunto de funciones, entre otras: reproducción, movimiento, irritabilidad,nutrición, excreción. Morfológicamente la célula posee variedad de acuerdo a la función que cumpladentro de un ser vivo multicelular, así podemos encontrar células globulares; en el caso delos glóbulos sanguíneos, alargados; en el caso de las fibras musculares, ciliadas; en lasmucosas intestinales y bucales, y otras. Formas de algunas células de acuerdo a su función En una célula típica eucariota se pueden identificar tres zonas básicas: el núcleo en laregión central, el citoplasma, en la región intermedia, y la membrana celular o plasmática, enla región de la periferia.MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA: La membrana celular es la estructura que rodea a la célula permitiéndole la relaciónde ésta con el medio. Es una parte funcional e integral de la célula, que controla la entrada ysalida de nutrientes, secreciones y productos de desecho, así regula el contenido de la célula. Esta membrana es permeable para ciertas sustancias, no para otras, es capaz dellevar a cabo un trabajo de bombeo de ciertas sustancias introduciéndolas o extrayéndolasde las células. De esta propiedad de la célula de ser selectivamente permeable depende lasupervivencia de la célula, esta capacidad de seleccionar las sustancias que interactúan con lacélula se debe a la naturaleza bioquímica de la misma. Estructural y químicamente lamembrana se encuentra formada por dos capas de proteínas de aproximadamente 30angstrom (1 A = 10-10m) de espesor cada una y en el medio de ellas una capa fosfolípida de60 angstrom. la membrana no es una estructura infranqueable sino por el contrario en suestructura se encuentran poros por los que se mueven materiales, la estructura química delos compuestos, su estado molecular y sus cargas eléctricas determinan la velocidad a la quepodrá atravesar. El agua pasa casi libremente a través de la membrana. En el caso de moléculas cuya concentración es mayor en el interior de la célula ydeben ser ingresadas, como resulta con la molécula de iodo en algunos seres marinos quemantienen concentraciones de este elemento mucho mayores que el medio se realizan losmovimientos utilizando unas estructuras de la membrana llamadas enzimas de permeaciónque actúan específicamente sobre determinados sustratos ayudándolos al ingreso con un
  3. 3. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 3gasto de energía por parte de la célula. Para poder comprender mejor la importancia y función de la membrana celulardebemos analizar brevemente los tipos de transporte de sustancias que se presentan y lascondiciones necesarias para que se realicen. TRANSPORTE PASIVO: Se le llama así al tipo de transporte donde la célula no invierte ningún gastoenergético para que se realice, este se presenta por diferentes grados de concentraciónentre las sustancias y el medio en el que se encuentra. Si la concentración del medio esmayor que la de la célula se dice que se encuentra en un medio hipertónico, si laconcentración del medio es inferior que la de la célula se llama hipotónico, pero si laconcentración del medio es de igual magnitud en el medio y la célula se le llama isotónico. Dentro del transporte pasivo de sustancias identificamos tres tipos, que son: a.- Difusión: Se le llama difusión al paso de sustancias de un medio másconcentrado a uno menos concentrado, por ejemplo de ello podemos considerar el caso dela sal en agua, esta se difunde hacia todos lados del agua hasta alcanzar igual concentraciónen toda la extensión de la muestra. De igual manera podemos observar el comportamientode los gases o los colorantes. b.- Ósmosis: Se le llama ósmosis al paso de sustancias de un medio deconcentración inferior a otro de concentración mayor a través de una membranasemipermeable, cabe aclarar que en este tipo de transporte se mueve el solvente y no así elsoluto. Este mecanismo nos ayuda a entender el proceso por medio del cual las plantasabsorben agua y la trasladan hasta los puntos más altos de ellas. Si colocamos una célula enun medio hipotónico, esta absolverá agua hasta quedar completamente llena, o sea en unestado llamado turgencia. Si por el contrario la célula la colocamos en un medio hipertónico,la célula perderá agua para concentrar su medio interno y lograr el equilibrio con el exterior,si la diferencia es muy marcada, se comenzarán a arrugar las paredes de la célula y arecogerse el volumen celular, a este estado de la célula se le llama plasmólisis, si una célulapermanece por períodos muy prolongados en este estado puede morir. c.- Diálisis: Se le llama diálisis al paso de sustancias de un medio de concentraciónalta a uno de concentración baja a través de una membrana semipermeable, pero en estecaso se mueve el soluto y no el solvente. Este proceso es sumamente importancia en lalimpieza de la sangre de los sólidos producidos por el metabolismo celular del organismo. TRANSPORTE ACTIVO: El transporte activo es el movimiento de las moléculas disueltas que se dirigende un medio a otro de concentración más alta, atravesando la membrana plasmática yutilizando energía química, esta energía la suministra el ATP (adenosín trifosfato) productode la respiración celular. En la naturaleza se presentan dos tipos de transporte activo a nivel demicroorganismos: Pinocitosis y Fagocitosis. La pinocitosis consiste en la formación de
  4. 4. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 4vesículas mediante invaginaciones que se producen en la membrana plasmática, encerrandolíquidos del medio externo, y de esta manera se forma una vesícula, que al romperse en elinterior de la célula se incorporan a ella. Este proceso es estimulado por la presencia deproteínas en el medio. La fagocitosis consiste en ingerir partículas sólidas más o menosvoluminosas por algunas células, especialmente los protozoarios.FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR La membrana celular le permite a la célula mantenerse en contacto con el medio sinperder su individualidad, o sea le rodea y delimita permitiéndole intercambiar materia yenergía necesaria para su supervivencia. Proporciona adhesividad, brinda protección yfunciona en el transporte de metabolitos. En el caso de células vegetales sobre la membrana celular se encuentra unaestructura extra llamada Pared Celular o Cápsula de Secreción formada por celulosa. Estapared celular es una envoltura externa de la membrana plasmática, constituye el esqueletoexterno de la célula y le sirve como estructura de sostén. Como es porosa, permite el paso degases, sales minerales y moléculas orgánicas a través de ella para llegar o salir de la célula. EL CITOPLASMA El citoplasma, también llamado matriz citoplasmática o sustancia fundamental, ocupala región celular comprendida entre el núcleo y la membrana celular. Está formado por unsistema coloidal, constituido por una solución viscosa, en la que se encuentran suspendidasuna serie de sustancias orgánicas, macromoléculas y elementos químicos en estado iónico yuna red de sistemas de membranas que lo recorren en todas direcciones. El estado coloidaldel citoplasma aumenta considerablemente la superficie de sus componentes, condición quefavorece las reacciones enzimáticas que se llevan a cabo en la célula. La composiciónquímica del citoplasma es agua (85 a 90%), hidratos de carbono o carbohidratos, salesminerales disueltas, lípidos y proteínas. El citoplasma es de suma importancia porque es en él en donde flotan las organelas oestructuras intracelulares que realizan las funciones vitales de la célula y las estructurasalimenticias y de desecho de las actividades metabólicas. ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS: Se le llama organela u orgánulo a aquella estructura intracelular que realizauna función vital dentro de la célula, entre ellas podemos citar: mitocondrias, ribosomas,lisosomas, complejo o aparato de Golgi, vacuolas, centrosomas, retículo endoplasmático,cloroplastos. Mitocondrias Son unas estructuras vesiculares provistas de una doble membrana. Lamembrana externa tiene menor superficie que la interna por lo que la membrana internatiende a plegarse sobre sí misma. Las mitocondrias son los "hornos" de la célula, ya que ahíse queman los azúcares, principalmente la glucosa para obtener energía. El proceso que sesigue se llama respiración celular aeróbica y consiste en la reacción de oxidación lente da lamolécula de glucosa para la liberación de la energía y la producción de agua y dióxido decarbono. Esta energía es almacenada como energía química en una molécula de adenosín
  5. 5. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 5trifosfato o trifosfato de adenosina (ATP). El ATP sale de la mitocondria y es utilizado en todala célula para llevar a cabo las reacciones que requieren energía. Ribosomas Son estructuras compuestas de ARN y proteínas, se forman en el núcleo de lacélula y luego salen al citoplasma, específicamente a la estructura llamada RetículoEndoplasmático dándole una apariencia particular. Su función específica es la traducción delmensaje genético en la síntesis de proteínas. Retículo Endoplasmático Como su nombre lo indica, está constituido por una red o sistema decavidades distribuidas por el citoplasma más o menos uniformemente. El retículoendoplasmático está envuelto por una membrana, que es prolongación de la membrana másexterna del núcleo. El retículo realiza diversas funciones, algunas de las cuales no estántotalmente esclarecidas. Se le asigna la función de sintetizar la membrana nuclear yposiblemente la formación de otras membranas. Su constitución por canales estrechos ylargos que se comunican con el Aparato o Complejo de Golgi, con el exterior y con el núcleo,así como su distribución por todo el citoplasma, hacen suponer que interviene en eltransporte de sustancias de una parte a otra de la célula. En ciertas partes o zonas presentapequeños gránulos denominados ribosomas, dándole una apariencia granular y por lo querecibe el nombre de RETÍCULO RUGOSO. En el caso del RETÍCULO LISO, que no poseeribosomas adheridos, presenta otras sustancias como lípidos. Aparato de Golgi Está formado por un sistema de dobles membranas, vesículas y gránulos. Sufunción está asociada a ser el receptáculo donde las proteínas sintetizadas por los ribosomasse combinan con los carbohidratos para formar glicoproteínas, además se le asignan unafunción secretora. Lisosomas Estos orgánulos celulares son unos sacos membranosos que almacenan en suinterior una gran cantidad de enzimas, capaces de destruir a otras moléculas. La célula utilizaa estas enzimas para digerir o romper a la materia orgánica de que se alimenta. La célulanecesita tener estas enzimas confinadas en sacos, pues son tan peligrosas que puedenromper a muchas otras moléculas más. Cuando la célula muere estos sacos se rompen, lasenzimas se liberan y digieren a la célula muerta, destruyéndola. Un concepto que debemosrescatar es la especificidad de las enzimas, o sea que sólo actúan sobre un tipo de sustrato. Vacuolas El citoplasma de ciertas células, principalmente de animales inferiores, poseevacuolas, cavidades de líquido separadas del resto del citoplasma por una membranavacuolar. Algunos protozoarios disponen de vacuolas alimenticias en las cuales tiene lugar ladigestión. Las enzimas digestivas son secretadas por los lisosomas hacia el interior de lasvacuolas, allí es digerido el alimento y los productos de la digestión son absorbidos hacia el
  6. 6. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 6citoplasma a través de la membrana vacuolar. Las vacuolas las podemos encontrar de dos tipos: digestivas y excretoras, de acuerdoa la función que cumplan en determinado momento. Pared Celular o Cápsula de Secreción Las células vegetales, a diferencia de las animales, presentan una pared célulaformada por celulosa. Esta Pared celular es una envoltura externa de la membranaplasmática. La pared constituye el esqueleto externo de la célula y le permite mantener unaforma definida, o sea confiere la función de ser estructura de sostén. Como es porosa,permite el paso de los gases, sales minerales y moléculas orgánicas a través de ella para saliro entrar a la célula. Plastidios Los plastidios son estructuras que sólo se presentan en las células vegetales,son de tres tipos: a.- Cloroplastos: de color verde por poseer clorofila. b.- Cromoplastos: pueden ser de dos colores diferentes, los Carotenos son de coloranaranjado y las Xantofilas son de color amarillo. c.- Amiloplastos: que son estructuras blancas que actúan como reservorios dealmidón. Los dos primeros son primeros son estructuras captadoras de energía lumínica y portanto son importantes dentro del proceso biológico de la fotosíntesis. Núcleo El núcleo, en las células eucarióticas, es una organela colocada centralmente yrecubierta por una membrana que presenta grandes poros por donde se comunica con elcitoplasma que lo rodea. En el interior del núcleo se encuentran los cromosomas, cuerposalargados que al compactarse, adoptan generalmente la forma de bastón. n los cromosomasse haya el ADN, que contiene la información genética de la célula. Dentro del núcleo existentambién uno o varios nucléolos en ellos e forman las estructura conocidas como ribosomas,las que posteriormente pasan al citoplasma. El núcleo es el que da las órdenes al resto de lacélula de cómo funcionar. Esta información está contenida en el ADN de los cromosomas.Como resultado de esta información tiene lugar la biosíntesis o formación de proteínas , lacual se realiza en el citoplasma. Así, la información del núcleo debe pasar al citoplasma paraque se formen las proteínas nuevas. Esto se consigue de la siguiente manera: la información contenida en el ADN es copiada en una molécula nueva, el ARNmensajero, esta la pasa a una molécula de ARN de transferencia que se encarga de llevar lainformación; dicha información se traduce fuera del núcleo en los ribosomas por la apariciónde un ARN llamada ribosomal, formando con ella una proteína nueva. Esta proteína ejecutala acción. Una célula eucariota posee en su núcleo algunas estructuras que la caracterizan,entre ellas tenemos la membrana nuclear que circunscribe al núcleo y le permite a la vezrelacionarse. La membrana nuclear rodea un espacio lleno de líquido llamada carioplasma o
  7. 7. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 7nucleoplasma en donde flotan los cromosomas. Los cromosomas son estructuras muy importantes en la célula, pues comoanteriormente citábamos, mantiene la información de la célula en forma de ADN. Lainformación de la célula contenida en cromosomas, así como el número de éstos esconstante para cada especie. Son aparentes sólo durante la división celular ya que esemomento se recubren de nuevas nucleoproteínas que los hace aumentar y diferencias sutamaño. La forma del cromosoma está determinada por la llamada constricción primaria quese localiza en donde se unen los dos brazos del cromosoma, cuyos telómeros presentan lapropiedad de ser polares por lo que limitan la unión de nuevos fragmentos que alternen lainformación existente en la célula. Dentro de la constricción primaria hay una zona clara quecontiene un gránulo llamado centrómero que está íntimamente ligado a la orientación ymovimiento de los cromosomas durante la división celular. Dentro de la matriz cromosomalse encuentran los cromonemas que son filamentos helicoidales que recorren de extremo aextremo al cromosoma. Diferencias entre la célula Animal y Vegetal Las células de los vegetales tienen una organización fundamental igual a la de losanimales. Sin embargo difieren de éstas en algunas características, a saber: .- Ausencia de centriolos: Estructuras que le permiten la formación del husoacromático durante la división celular y la formación de los cuerpos basales para la formaciónde cilios y flagelos. .- Ausencia de plastidios en las células animales, lo que le impide metabolizar losalimentos a partir de sustancias simples bajas en energía. .- Existencia de una pared celular en las células vegetales que le brindan sostén. .- Presencia de vacuolas en células animales que le permiten realizar funciones denutrición. FUNCIONES VITALES El organismo vivo es un ser en constante relación con el medio que le rodea, de ahíque deba realizar una serie de funciones que le permitan mantenerse vivo y a la vezperpetuarse en el tiempo por medio de la descendencia. Para cubrir este objetivo hace usode una gran cantidad de funciones, entre ellas; Metabolismo, nutrición, respiración,irritabilidad, adaptaciones, autoperpetuación, entre otras. Las funciones metabólicas se refieren a todas las funciones que tienen que ver con elcambio de energía a través de la formación y destrucción de moléculas orgánicas. Cabe conesto definir el concepto de metabolismo como la suma de las funciones vitales realizadas porla célula y que la permiten mantenerse viva. Dentro de este concepto encontramos dos tiposde reacciones, las anabólicas y las catabólicas. Se le llama Anabolismo a la construcción desustancias a partir de simples por la acumulación de energía, fundamentalmente se asocia ala formación de macro moléculas (macro = grande). Se le llama Catabolismo al procesoinverso del anabolismo, o sea, la destrucción de sustancias complejas para la formación desimples, con la consecuente liberación de energía. Para clarificar mejor el tema podemos hacer referencia a dos procesos conocidos: la
  8. 8. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 8respiración celular y la fotosíntesis, ambos conllevan el movimiento de energía. En el caso dela fotosíntesis nos ilustra un ejemplo claro de un proceso anabólico, pues en la célula, a partirde sustancias simples como el dióxido de carbono y el agua, se acumula la energíaproveniente de la luz solar en un compuesto altamente energético, como lo es la glucosa.Por su parte la respiración celular es un proceso catabólico pues la energía contenida en losalimentos es liberada y puesta a disposición del ser vivo para la realización de sus funcionesvitales.FUNCIONES DE NUTRICIÓN Mediante la nutrición, las células obtienen la materia y la energía necesarias parafabricar su propia materia celular y realizar sus actividades vitales. En los organismos sepresentan dos tipos de nutrición: AUTÓTROFA Y HETERÓTROFA.NUTRICIÓN AUTÓTROFA: Es la realizada por los organismos que producen su propio alimento con materiainorgánica y la adición de energía proveniente del medio. Existen dos tipos de organismos deacuerdo a la fuente energética utilizada, a saber tenemos: FOTOSINTÉTICOS yQUIMIOSINTÉTICOS. Los organismos fotosintéticos emplean la luz solar y sustancias inorgánicas paraelaborar sus alimentos; este proceso como recordará se llama fotosíntesis. Los organismos quimiosintéticos fabrican sus alimentos utilizando como fuenteenergética las reacciones exotérmicas (reacciones que liberan energía). Como ejemplo deeste tipo de organismos tenemos algunas bacterias como: Ferrobacillus, Thiobacillus yNitrobacter. Algunas bacterias que habitan los fondos marinos, específicamente cerca de laschimeneas volcánicas utilizan la energía calórica desprendida por las erupciones volcánicas yla gran cantidad de azufre (ácido sulfúrico).NUTRICIÓN HETERÓTROFA Las células heterótrofas toman del medio las sustancias que requieren, porque nopueden fabricarlas. La nutrición heterótrofa permite la transformación de los alimentos en lamateria celular propia. Algunas bacterias, los protozoos, las células de los hongos y losanimales, tienen nutrición heterótrofa. Las plantas se nutren con los alimentos que elaboran en la fotosíntesis. La nutriciónde los animales consiste en la obtención de materia orgánica y su transformación en energíay protoplasma y así mantener la vida en cada una de las células. Mediante la digestión, lassustancias de los alimentos se degradan a sustancias más sencillas, que luego son utilizadaspor las células. La digestión puede ser intracelular o extracelular. La digestión intracelular sucede cuando el alimento es llevado al interior de la célulapor fagocitosis, y una vez en el interior de la célula funcionan las enzimas digestivas sobre él. La digestión extracelular se produce cuando los alimentos son degradados porenzimas secretadas por las células, por ejemplo las células intestinales, pero dicho proceso seda fuera de la célula y luego se incorporan las sustancias nutritivas. Casi todos los animalestienen digestión extracelular, que comprende: la trituración mecánica del alimento; ladegradación química, por acción de las enzimas digestivas; la absorción a través de las
  9. 9. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 9paredes del intestino, y la defecación o expulsión de los desechos. Mediante la respiración, los organismos pluricelulares captan el oxígeno del medio.El sistema respiratorio es el encargado de transportar ese gas hasta un tejido interno como lasangre, para que llegue a las células. Las funciones del aparato respiratorio presentan unaspecto mecánico y otro químico.Aspecto Mecánico: Son los movimientos respiratorios y tienen lugar por la acción de los músculos deltórax y del diafragma; esto hace posible la dilatación y contracción de los pulmones. La fasede dilatación de los pulmones es la inspiración y corresponde a la introducción del aire através de las fosas nasales. A continuación, sucede la expiración, que consiste en expulsar elaire de los pulmones, lo cual disminuye el volumen pulmonar. En la inspiración se contrae eldiafragma y en la expiración se relaja.Aspecto Químico: El aspecto químico de la función respiratoria radica en el intercambio gaseoso. Eloxígeno llega a los alvéolos pulmonares, atraviesa la membrana recubridora y se pone encontacto con la sangre que viene cargada de dióxido de carbono. La sangre, ya oxigenada,pasa a las arterias, que la transportan a las células, donde se efectúa la respiración celular. Eldióxido de carbono es transportado por la sangre venosa y es expulsado mediante laespiración. Este proceso de intercambio gaseoso recibe el nombre de HEMATOSIS. La circulación es la distribución de sustancias alimenticias y oxígeno a todas las célulasdel organismo y la recolección de productos de desecho. La circulación de las plantas es eltransporte de la savia bruta desde la raíz hasta las hojas, y la distribución de la saviaelaborada en todos los órganos de la planta. En los animales simples, como la esponja y lahidra, las sustancias alimenticias se difunden directamente del medio hacia el interior de lascélulas. En otros invertebrados se presentan sistemas circulatorios abiertos donde el líquidocirculante o hemolinfa se vierte en espacios que bañan las células corporales, sin existir todauna red completa de vasos sanguíneos. La circulación en los vertebrados es cerrada, lasangre sale del corazón por las arterias, y regresa a él por las venas. Cuando llega a losórganos y tejidos, las arterias se ramifican en los vasos capilares. La sangre es un tejido especializado, que permite la circulación de nutrientes ydesechos celulares dentro de un organismo. En el cuerpo humano, la sangre cumplemúltiples y complejas funciones. Las principales son las siguientes: .- Transporta oxígeno y nutrientes a las células y conduce los productos de desecho alos órganos encargados de excretarlos del cuerpo. .- Lleva las hormonas producidas por las glándulas endocrinas hasta las célulasestimuladas por las hormonas. .- Distribuye anticuerpos y glóbulos blancos, que ayudan a proteger al cuerpo contrainfecciones. .- Provee sustancias que forman coágulos sanguíneos en los vasos dañados. .- Distribuye el calor producido por el metabolismo celular.FUNCIONES DE RELACIÓN: Las funciones de relación permiten a los animales, conocer el medio interno y elambiente externo con el que se relacionan; integrar los estímulos del medio interno y
  10. 10. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 10externo; emitir las respuestas adecuadas a los estímulos que se perciben. Para obtener información del medio los seres vivos deben ser capaces de detectar loscambios que se producen a su alrededor. Un cambio en el medio que cause la respuesta deun individuo se conoce con el nombre de estímulo. Para sobrevivir, los organismos deben ser capaces de detectar estímulos del mediopero a la vez también de responder adecuadamente a ellos. Esta capacidad de respuesta sele denomina IRRITABILIDAD. Ante un estímulo los organismos pueden responder de dos formas: orientándoloshacia el estímulo (respuesta positiva) o alejándose de él (respuesta negativa). En las plantasestas respuestas se denominan TROPISMOS: de acuerdo a la clase de estímuloidentificamos varios, entre ellos; FOTOTROPISMO: entendido como la respuesta ofrecidaante el estímulo de la luz. GEOTROPISMO; es la respuesta de las plantas a la acción de lagravedad. En los animales a estas respuestas se les denomina TACTISMOS. Los seres vivos no sólo son capaces de reaccionar ante los estímulos, sino quetambién controlan y regulan sus funciones vitales. Para esto poseen sistemas que lepermiten la coordinación entre la recepción de los estímulos, la interpretación de lainformación y la producción de las respuestas. Estos sistemas de coordinación son: ElSISTEMA NERVIOSO y el SISTEMA HORMONAL o ENDOCRINO. La coordinación nerviosa es propia de los animales. Las funciones de relación son de dos tipos: nerviosas y hormonales, y comprendentres mecanismos: percepción, coordinación y respuesta.PERCEPCIÓN: Es el registro de un estímulo o de la variación ambiental; se realiza por medio de lascélulas nerviosas, denominadas sensoriales o receptoras: los receptores pueden ser internos,si recogen estímulos del interior del cuerpo, o externos, si los perciben del exterior.COORDINACIÓN: Este proceso consiste en concentrar todos los estímulos captados, para emitir unaserie de respuestas adecuadas a cada uno de ellos.RESPUESTAS: Constituyen órdenes emitidas por el centro coordinador: Sistema Nervioso. Lasrespuestas pueden ser de dos tipos: movimiento o secreciones. Los movimientos son respuestas rápidas y breves realizadas por el sistema muscular;preparan el organismo para la acción. Las secreciones son realizadas por las glándulas y sus respuestas son lentas,sostenidas y duraderas.COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA Si buscamos explicaciones del origen de la vida, encontramos una hipótesis(planteamiento de respuesta a una interrogante) llamada del Origen Quimiosintético, quenos dice del origen de la Tierra y de la evolución que presentó, la cual al principio de lostiempos manifestaba en su atmósfera grandes concentraciones de metano, dióxido decarbono, vapor de agua, compuestos nitrogenados y otros compuestos inorgánicos que
  11. 11. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 11fueron precipitados a los grandes mares de la época, en ellos se descargaban corrienteseléctricas provenientes de los rayos formando las primeras moléculas orgánicas conocidas,los aminoácidos, que son constituyentes de las proteínas que conforman las estructurasvivas, de aquí en adelante se presentaron combinaciones al azar que dieron como fruto laaparición de las primeras células, las cuales eran muy simples e incapaces de fabricar sualimento por lo que su vida era efímera. Poco a poco se presentaron transformaciones de lascélulas logrando la capacidad de reproducirse y de fabricar su propio alimento. Si analizamosen detalle esta hipótesis tiene sentido que la composición de los seres vivos sea tan alta enlos bioelementos. Porcentualmente los elementos carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O),nitrógeno (N), fósforo (P),y azufre (S) cubren cerca del 92% del cuerpo del ser vivo. Tambiénexisten elementos en menor escala pero con una importancia grande por regular procesosimportantes, algunos microelementos son los siguientes: cloro (Cl), hierro (Fe), calcio (Ca),magnesio (Mg), cobalto (Co), cobre (Cu), zinc (Zn), sodio (Na), iodo (I), potasio (K). COMPUESTOS QUÍMICOS IMPORTANTES DEL SER VIVORecordemos que la materia se organiza en varios niveles: el nivel básico es el nivel atómicoque está formado por el conjunto de átomos. El segundo nivel es el molecular, formado porlas moléculas, o sea la estructura química formada por la unión química de dos o más átomosdiferentes. El primer nivel de la materia viva es el celular formado por la célula como laestructura básica, ya que como lo indicábamos anteriormente, es la estructura más simplecapaz de realizar las funciones vitales. La célula se puede organizar en otros nivelessuperiores, como lo son el tejido, el órgano, el sistema, o bien integrar un ser pluricelular,pero siempre manteniendo una dependencia entre las estructuras para mantenerse vivocomo organismo.Iniciaremos el estudio de los compuestos que integran a los seres vivos.De acuerdo a la composición de la materia los compuestos los podemos dividir en: orgánicose inorgánicos. Los compuestos inorgánicos se caracterizan por poseer muy poca o nulacantidad de átomos de carbono en su estructura lo que los hace simples y muy bajos enenergía. Los compuestos orgánicos por su parte poseen gran cantidad de átomos de carbonoy altos en energía. Es de rescatar que el elemento Carbono posee la propiedad de laHOMOCOMBINACIÓN, o sea forma enlaces químicos consigo mismo, lo que le permiteformar cadenas complejas, además cada enlace C-C almacena mucha energía.Compuestos Inorgánicos: Agua: El agua es con mucho el elemento más abundante en el protoplasma eindudablemente figura entre los más importantes. La porción amorfa de la célula, lo quepropiamente puede nombrarse como protoplasma es en principio una solución coloidal enagua. En nosotros los humanos el agua alcanza un valor promedio de 70% del peso corporaldel individuo. Dentro de las propiedades químicas que posee está su polaridad, que se
  12. 12. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 12manifiesta en posee una zona de la molécula parcialmente positiva y otra zona parcialmentepositiva.El agua cumple grandes funciones en el ser vivo, entre ellas podemos citar: a.- Por su capacidad de dipolo puede funcionar como un magnífico disolvente desustancias de desecho y útiles circulando por el organismo a niveles aceptables. Entre lassustancias solutos podemos citar: el azúcar, glucosa, que sirve para mantener energíadisponible, también encontramos sales disueltas como el fosfato de creatina que es undesecho de la desintegración de la proteína en el organismo. b.- Transporte de sustancias, acuerpando la función anterior observamos que en elorganismo la mejor forma de distribución de sustancias es el medio líquido y por laabundancia de este en el ser vivo es obvia la función. c.- Termoregulación: el organismo vivo es enfrentado a los cambios constantemente,especialmente de temperatura del medio, en el caso de los animales homeotermos( aquellosque la temperatura corporal mantiene niveles estables y no dependen del medio) laregulación de la temperatura se realiza por el movimiento de agua en el organismo, en elcaso de frío se profundiza en el ser y por caso del calor se expone al ambiente para que seaevaporada (sudoración). Esta característica se presenta por ser el agua un compuesto queabsorbe y libera fácilmente el calor y porque su calor específico es muy alto, esto se debe a lapresencia de Puentes de Hidrógenos que unen entre sí a las moléculas. OrganismosPoikilotermos o heterotermos serán los que no son capaces de regular su temperatura por símismos sino que requieren la energía proveniente del medio, verbigracia, los reptiles. d.- Lubricante: todas las articulaciones se encuentran bañadas por líquidos ricos enagua, mucílagos, que protegen del desgaste prematuro. Un ejemplo claro lo encontramos enel momento del parto donde el feto fácilmente sale de la madre al encontrarse bañado por ellíquido amniótico. Ácidos, Sales y Bases Los ácidos sales y bases cumplen una función muy importante en el ser vivocuando se encuentran en disolución con agua ya que forman electrolitos, iones queconducen electricidad. Un ácido es un compuesto que se disocia en agua para formar ioneshidrógeno y un anión. El ión hidrógeno se une a los pares de electrones no compartidos de lamolécula de agua y se forma un ión hidrónio. Los ácidos son importantes ya que regulanprocesos como el de la digestión y el de la fermentación láctica por bacterias. Las bases son compuestos que se disocian en agua para formar iones hidroxilo y uncatión. Su importancia en la regulación del grado de acidez es muy grande. La sal es un compuesto que contiene un catión diferente al ión hidrógeno y un anióndiferente al ión hidroxilo. Cuando un ácido fuerte reacciona con una base fuerte se formauna sal y agua. La sal se ioniza y sus iones son importantes en varias actividades metabólicas.
  13. 13. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 13Los contenidos de sales en los líquidos corporales tiene una concentración total de sales de1/5 la del mar pero igual composición, esto hace pensar que provenimos del mar. Laconcentración de sales en el organismo regula procesos, por ejemplo las sales de calcioregulan la contracción muscular mientras que las de sodio intervienen en la relajación. Lassales de potasio y de sodio intervienen en la transmisión de impulsos nerviosos a lo largo deuna célula nerviosa. El fosfato es importante en la transmisión de energía. Las sales que soninsolubles son importantes pues estas permiten la formación de estructuras de soporte yprotección, como son el esqueleto interno de los vertebrados, las conchas de bivalvos,caracoles entre otros. COMPUESTOS ORGÁNICOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA Los compuestos orgánicos más importantes para el ser vivo son los siguientes: Carbohidratos o hidratos de carbono; Lípidos o grasas; Prótidos o proteínas; Ácidos nucléicos; y Esteroides. Carbohidratos Son las estructuras orgánicas más sencillas, formadas por los bioelementosCarbono (C), Hidrógeno (H), y Oxígeno (O) en relación 1:2:1. Son fuentes de energíafácilmente disponibles y actúan también como estructuras de sostén. Los carbohidratos lospodemos dividir en tres grandes grupos dependiendo del número de átomos de carbono queposean en la molécula. Los monosacáridos son los azúcares más sencillos, constituidos pormoléculas que tienen de 3 a 10 átomos de carbono, pero los más estudiados son los de 5 o 6carbonos. Los azúcares de 5 carbonos e les llaman pentosas, por ejemplo la ribosa y ladesoxiribosa presentes en el ADN y el ARN. Por su parte los de seis carbonos se les llamanhexosas, como en el caso de la glucosa y la fuctuosa. Los azúcares son las estructuras más sencillas, entre ellas tenemos la glucosa y lafructuosa, dos azúcares que difieren en su configuración estructural y la función quedesempeñan. La ribosa y la desoxirribosa son azúcares de cinco carbonos que intervienen enla formación del ácido ribonucléico y ácido desoxirribonucléico, respectivamente. Los almidones son estructuras de almacenamiento temporal en los vegetales, seforman por la acumulación de glucosa que forma largas cadenas de gran complejidad. En losanimales el "almidón" de reserva se llama glucógeno que se almacena en el hígado y los
  14. 14. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 14músculos. La celulosa compuesta por centenares de moléculas de glucosa, forma parte de lapared celular de los vegetales. La glucosamina y la galactosamina, derivados nitrogenados delos azúcares glucosa y galactosa, son constituyentes importantes de estructuras de sosténcomo cartílagos. Otro carbohidrato estructural es la quitina que conforma la envolturaexterna de los insectos, llamada exoesqueleto.Funciones de los Carbohidratos. La función principal de los carbohidratos es ser fuente primaria de energía necesariapara la realización de las funciones vitales en el organismo. En el caso de las plantas, estasfijan la energía proveniente del Sol en una molécula de monosacáridos (glucosa) por mediodel proceso de la fotosíntesis, y luego por medio del proceso de la respiración celular, dichaenergía es liberada para ser utilizada por el ser vivo. Vale la pena recordar que para liberar laenergía todo ser vivo utiliza la función respiración celular. Otra función que cumplen los carbohidratos es la de formar parte de las estructuras,ya sean de sostén, o bien dentro de moléculas de mayor complejidad como los ácidosnucléicos. Lípidos o grasas Son compuestos solubles en éter, cloroformo, o benceno pero poco solublesen agua. Las grasas provienen, en el caso de las verdaderas, de la unión química de tresmoléculas de ácido graso y una molécula de glicerol con la liberación de tres moléculas deagua. Las grasas se diferencian en el ácido graso presente y en la cantidad de enlaces doblespresentes. Las grasas son importantes como combustibles ya que pueden desprender mayorcantidad de hidrógenos, además son importantes como constituyentes de la membranacelular. En los animales se deposita bajo la piel aislándolos del medio (importante enanimales de clima frío). En algunos animales se deposita en forma de aceite en el hígadocomo es el caso del tiburón, bacalao y la estrella de mar. Vale la pena recordar que las grasas pueden o no contener en su estructura enlacesdobles entre los átomos de carbono lo que le permite aceptar elementos de intercambio yademás posee consistencias específicas. Los ácidos grasos saturados tienen el doble deátomos de hidrógeno con respecto a los de carbono, con dos átomos de oxígeno. Estasgrasas saturadas contienen todos los hidrógenos posibles, siempre con la configuraciónCOOH, y los carbonos adyacentes están ligados por enlaces simples de valencias.Los ácidos grasos no saturados contienen menos del doble de átomos de hidrógeno conrespecto a los de carbono y uno o varios carbonos adyacentes están conectados convalencias dobles. Si esto ocurre en más de dos carbonos adyacentes se emplea el términopoliinsaturado. Una grasa neutra es un éster de tres moléculas de ácidos grasos (pueden ser delmismo ácido graso o de ácidos diferentes), reunidas por una molécula de glicerol. Si se usa la
  15. 15. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 15fórmula R_COOH para todo ácido graso, una grasa, típica tiene la estructura siguiente:CH2-OOC-RCH2-OOC-R + 3 H2OCH2-OOC-R Algunas grasas tienen además del glicerol y del ácido graso, fósforo y nitrógeno,llamados fosfolípidos que son importantes a nivel de mitocondrias y microsomas. Las ceras son compuestos de ácido graso y un alcohol que no es el glicerol esimportante en el recubrimiento de la piel de algunos seres con lo cual impiden la desecación,por ejemplo la piña, y humedecerse, por ejemplo las plumas de las aves marinas. Esteroides Los esteroides son moléculas muy complejas con átomos de carbono dispuestos encuatro anillos: tres de seis carbonos y uno de cinco. Algunos autores clasifican los esteroidescomo una grasa por ser insolubles en agua y si serlo en solventes orgánicos, sin embargo sugrado de complejidad y estructura son diferentes a este grupo. como ejemplos tenemos lavitamina D, las hormonas sexuales, las hormonas corticosuprarenales, las sales biliares, y elcolesterol. El colesterol es un componente del tejido nervioso y la base química donde sesustituyen las hormonas. Las hormonas esteroides poseen enorme importancia en laregulación de procesos metabólicos. Proteínas Son las más grandes moléculas de la célula y comparte con los ácidos nucléicos lascaracterísticas más variadas y complejas. Poseen además del carbono, hidrógeno, y oxígeno,el Nitrógeno (N). Pueden contener también azufre (S), fósforo (P) y otros elementos. Por ejemplo la hemoglobina, importante en el proceso de respiración celular en losseres multicelulares tiene como fórmula C3032H4816O872N780S8Fe4 Las proteínas están formadas por largas cadenas de aminoácidos, que se unen pormedio de un enlace peptídico perdiendo agua en el proceso. Se conocen aproximadamentetreinta aminoácidos, de los cuales ocho son esenciales o sea deben ser suministrados en ladieta, esto en el caso de los animales, las plantas son capaces de sintetizar todos. La función de las proteínas es estructural y enzimática, pero pueden actuar comofuente de energía, en este caso el grupo amino es desaminado por enzimas. El esqueletoresidual es ingresado en iguales vías metabólicas que la glucosa y grasa para ser convertidoen CO2 y H2O. El grupo amino ( NH2 ) es excretado como urea, ácido úrico u otro compuesto
  16. 16. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 16nitrogenado H2N - C - COOH | R = Cadena Carbonada R Grupo Amino Grupo Ácido Las proteínas pueden clasificarse en simples, conjugadas y derivadas: .- Las proteínas simples, por hidrólisis dan únicamente aminoácidos y su derivados;entre ellas podemos encontrar las albúminas, las globulinas, gluteínas, albuminoides,histonas y protaminas. .- Las proteínas conjugadas están formadas por una proteína simple con un radical noprotéico. como ejemplo de ellas tenemos las nucleoproteínas (proteínas y ácido nucléico),glucoproteína (proteína y un compuesto del grupo de los hidratos de carbono),fosfoproteínas (proteína y un compuesto que contiene fósforo), hemoglobinas (proteína yhematina), lecitoproteína (proteína y lecitina). .- Las proteínas derivadas son producto de desintegración de las proteínas naturales.En orden de complejidad creciente podemos mencionar derivados protéicos primitivos,metaloproteínas, proteínas conjugadas, derivados protéico secundarios, proteosas, peptonasy péptidos. Las enzimas son sustancias capaces de facilitar las reacciones químicas, favoreciendola velocidad de reacción y disminuyendo el gasto energético. Las enzimas son específicas,actuando sobre un único sustrato, por ejemplo, la amilasa actúa sobre los almidonestransformándolos en azúcares. Las enzimas son inestables químicamente ya que fácilmentepierden su poder de acción por la presencia de factores limitantes como la luz o el calor. Lasenzimas necesitan de coenzimas o grupos funcionales que acompañan a la enzima en elproceso sin participar directamente en él. Por su capacidad de disminuir el gasto energéticoen la reacción se les conoce como catalizadores orgánicos. Los factores limitantes de la acción enzimática son los siguientes: .- Concentración de sustratos y de enzimas; si la concentración de enzimas es muybaja la velocidad de acción es menor. .- Acidez del medio o pH; las enzimas son fácilmente destruidas por medios muyácidos o básicos, cada enzima requiere de una acidez específica. .- Factores ambientales; como la luz, temperatura y presión alteran la labor de lasenzimas. .- Presencia de inhibidores o grupos de sustancias que engañan a la enzimaadheriéndose a ella sin reaccionar o bien al sustrato impidiendo al grupo enzimático actuar. .- Ausencia de coenzimas y/o activadores. Ácidos Nucléicos Están compuestos por Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Fósforo. Son unconjunto de nucleótidos en cadenas de un orden establecido que le permite cumplir su
  17. 17. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 17acción específica. Encontramos dos tipos fundamentales de ácidos nucléicos, a sabertenemos: el ADN o ácidos desoxirribonucléico y el ARN o ácido ribonucléico. Tanto el ADNcomo el ARN constan de varias unidades pequeñas (monómeros), reunidos para formarlargas cadenas. Cada monómero, llamado nucleótido, está formado por un fosfato, unazúcar y una base, de purina o de pirimida. Las purinas son grupos químicos cíclicos decuatro nitrógenos y cinco carbonos,las pirimidas son anillos hexagonales.En el momento de la formación de cadenas dobles se sigue un código establecido de lospares a formar entre las distintas bases nitrogenadas. La Adenina se une a la Timina en elADN y al Uracilo en el ARN ya que sólo puede formar dos puentes de hidrógeno. La Citocinay la Guanina, en los dos ácidos se unen por medio de tres puentes de hidrógeno. Cabe recordar que en el momento en que se lee la información del ARN en elribosoma se va haciendo en grupos de tres letras o bases llamados codón que en conjuntovan a dar el mensaje que se requiere para la formación de la proteína o bien para desarrollarla función que se necesita.Característica ARN ADNAzúcar Ribosa DesoxirribosaBase Nitrogenada Purina Adenina, Guanina Adenina, GuaninaBase Nitrogenada Pirimida Citocina, Uracilo Citocina, TiminaNúmero de Bandas Una DosUbicación en la célula Núcleo y ribosomas Núcleo, mitocondria y cloroplastoFunción Síntesis de sustancias Almacén de información sobre función, composición y ordenamiento del ser vivo.Disposición espacial Plana, lineal Elipsoidal.Tipos Ribosomal, transferencia y Un solo tipo. mensajero. MetabolismoLa compleja estructura celular y su funcionamiento sólo pueden mantenerse con el aportede materia y energía del medio externo. Sin ese aporte, las células no podrían vivir. Laprincipal fuente de energía y materia que tienen las células, la constituyen los nutrientesorgánicos (alimento). La materia y energía contenidas en estas moléculas son el punto departida de millares de reacciones químicas que tienen lugar dentro de la célula en unmomento dado. El conjunto de estas reacciones recibe el nombre de METABOLISMO (delgriego "metabole": cambio).Prácticamente en todas las reacciones químicas que ocurren en una célula participanenzimas específicas. Estas reacciones pueden agruparse en una serie de pasos que sedenominan vías. Cada vía cumple una función en la vida global de la célula. Además ciertasvías tienen muchos pasos en común.Muchas células tienen vías que les son exclusivas, como las células vegetales que dedicangran parte de su energía a construir sus paredes celulares, actividad que no realizan las
  18. 18. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 18células animales. Pero, es sorprendente que en gran parte hasta el metabolismo de losmás distintos organismos es muy similar. Algunas vías como la glucólisis y la respiraciónson prácticamente universales y existen en casi todos los sistemas vivientes. Lasreacciones metabólicas pueden diferenciarse en dos tipos principales:ANABÓLICAS: son reacciones de síntesis de moléculas relativamente complejas (porejemplo: proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos) y de sus monómeros (aminoácidos,monosacáridos, nucleótidos), a partir de moléculas precursoras más sencillas.Las reacciones anabólicas requieren el aporte de energía.CATABÓLICAS: son reacciones de degradación de moléculas relativamente complejas (porejemplo: monosacáridos, lípidos, etc.), procedentes del medio extracelular o de susdepósitos de reserva propios; esas moléculas son transformadas en moléculas mássimples. Las reacciones catabólicas van acompañadas por la liberación de energía yproporcionan materias primas para los procesos anabólicos.La energía en los seres vivos se obtiene mediante una molécula llamada ATP (adenosíntrifosfato).Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en susenlaces, es el ATP la molécula que interviene en todas las transacciones (intercambios) deenergía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universalde energía".El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de altaenergía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energíaalmacenada. En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP (adenosín difosfato), rompiéndose un solo enlace y quedando un grupo fosfato libre, que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce comofosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP (adenosínmonofosfato) + 2 grupos fosfato.El sistema ATP <—-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.
  19. 19. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 19Los procesos celulares que llevan a la obtención de energía (medida en moléculas de ATP)son la fotosíntesis y la respiración celular. SÍNTESIS CLOROFÍLICA o FOTOSÍNTESISDecíamos anteriormente que en los organismos vivos la energía es de fundamentalimportancia para la realización de las funciones vitales, ya que sin ella no se puede realizar.De acuerdo a la posibilidad o no de acumularla en compuestos complejos, los organismos seclasifican en Autótrofos y en Heterótrofos. Los autótrofos son los que son capaces de fabricarsu alimento a partir de síntesis de sustancias complejas usando sustancias simples yutilizando la energía del medio, a saber tenemos dos formas de autótrofos: losquimiosintéticos y los fotosintéticos. Los quimiosintéticos usan la energía liberada enreacciones exotérmicas, generalmente hablamos de organismos unicelulares primitivos.El proceso de la fotosíntesis es considerado el primer eslabón de la cadena alimenticia, espropio de los seres autótrofos, es decir, aquellos capaces de fabricar su propio alimento apartir de sustancias simples bajas en energía utilizando para ello además de la energíaproveniente del Sol, ya que es muy eficiente en la producción de sustancias complejas y lacaptación de la energía. Como dato que nos puede dar una idea de la importancia de este proceso en lanaturaleza se calcula que las plantas verdes producen más de 300 000 toneladas decompuestos orgánicos al año. Mediante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido decarbono y liberan oxígeno, por lo cual purifican la atmósfera haciendo posible la vida animalsobre la Tierra, razón que provoca que algunos países se dediquen a la venta de serviciosambientales a países ricos. La fotosíntesis es un proceso biológico exclusivo de las plantas y de todos aquellosorganismos que estén provistas de plastidios; cloroplastos y cromoplastos, las cuales captan la energía luminosa, agua del medio y dióxido de carbono para sintetizar sustancias orgánicas, principalmente carbohidratos y liberar oxígeno. Energía Solar Oxígeno (O2) PROCESO BIOLÓGICO DE LA FOTOSÍNTESIS El dióxido de carbono penetra en el interior de la hoja a través de los poros que se encuentran en su superficie, denominados ESTOMAS. El CO2 se difunde a través de las paredes celulares hasta llegar a los cloroplastos, conteniendo estos la clorofila, en estas estructuras se lleva a cabo una serie de Materia reacciones químicas complejas que culminan en Orgánica la síntesis de la glucosa. Para ello es necesaria la presencia de la luz, la clorofila, (o en su defecto CO2 las xantofilas o carotenos), el CO2 y el agua. El H2O Dióxido de Carbono
  20. 20. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 20 agua penetra en las plantas a través de las raíces, mediante el proceso de ósmosis, recordarás que el proceso de ósmosis es el movimiento de sustancias líquidas a través de una membrana semipermeable de un medio de baja concentración a uno de alta concentración, este proceso permite que el agua ascienda en las plantas sin que ésta Estomas realice ningún gasto de energía. El CO2 utiliza el proceso de difusión,que consiste en un movimiento de zonas de alta concentración a zonas de bajaconcentración. La clorofila es una sustancia de color verde que se encuentra en loscloroplastos. Existen varios tipos de clorofila, la clorofila a y la b, se encuentran en la mayoríade las plantas verdes; mientras que la clorofila c y d se encuentran en algunas algas,químicamente difieren muy poco una de otra, pues su molécula está constituidabásicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un átomo de magnesio.Escriba en su cuaderno de apuntes cuáles son los requerimientos para que se realice elproceso de la fotosíntesis, cuáles son los factores limitantes y cuál es la importancia que sepuede aplicar del proceso. PROCESO QUÍMICO DE LA FOTOSÍNTESIS La ecuación que resume el proceso de la fotosíntesis es la siguiente luz 6 CO2 + 12 H2O ---------> C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 clorofilade aquí deducimos que se necesitan seis moléculas de dióxido de carbono y seis de aguapara formar una molécula de glucosa, sin embargo al sistema ingresan doce moléculas deagua, si ingresara menos el proceso no se realizaría. A continuación resumiremos el proceso de la fotosíntesis, para ello lo estudiaremospor separado de acuerdo a las características principales, lo podemos dividir en dos etapas ofases: a.- fase luminosa, y b.- fase oscura. FASE LUMINOSA La energía proveniente de la luz solar está formada por paquetes de luz llamadosfotones o cuantos de energía luminosa, los fotones activan la molécula de clorofilaproduciendo la excitación de los electrones. En esta fase de la energía lumínica setransforma en energía química y temporalmente se almacena en dos compuestos ATP(adenosín trifosfato o fosfato de adenosina) y NADPH2 (nicotinamina adenin dinucleótidofosfato), el ATP se forma en loscloroplastos por dos caminos osub fases: .- fotofosforilación cíclica,y .- fotofosforilación
  21. 21. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 21acíclica. En la fotofosforilación cíclica se absorbe la energía luminosa por medio de unamolécula de clorofila llamada P700, por la longitud de onda que absorbe, la cual se excita yprovoca la expulsión de un electrón alto en energía de la molécula. Este electrón de altaenergía pasa por una serie de reacciones con sustancias transportadoras. Durante surecorrido va cediendo parte de su energía a las moléculas de ADP (adenosín difosfato) paratransformarla en ATP por la unión de un grupo P (fosfato). En esta subfase se liberan dosmoléculas de ATP por cada recorrido brindado por un electrón de alta energía. Luego elelectrón, vuelve nuevamente a la clorofila del fotosistema I (unión de clorofila a o P700 ycarotenos) o también llamado centro de reacción. En la fotofosforilación acíclica se forman ATP y NADPH2. La energía lumínica esabsorbida por la clorofila b o P 680 o fotosistema II, y esta pierde un electrón de alta energía,la cual es tomado por un aceptor de electrones que lo transfiere por el sistema decitocromos (biocatalizador orgánico que posee hierro y tiene la capacidad de absolver grancantidad de energía) a la clorofila P700. Casi simultáneamente, cuando la clorofila P680pierde un electrón, este es reemplazado por otro procedente de un hidroxilo resultante de lafotólisis del agua (Proceso de ruptura de una molécula de agua en iones hidroxilo OH- yhidrógeno H+ por acción de la luz) al suceder esto, las sustancias transportadoras deelectrones regresan al primer electrón a la molécula de clorofila P700 y en este paso laenergía que contiene el electrón, se utiliza para formar ATP a partir de ADP. Luego los doselectrones de alta energía expulsados de la clorofila más dos iones de hidrógeno procedentesde la fotólisis del agua se incorporan a la molécula de NADP para formar NADPH2. Es dehacer notar que el Oxígeno producido en la Fotosíntesis proviene de la molécula de agua. El NADPH2 y el ATP, formados al final de la fase lumínica reciben el nombre de poderasimilatorio, y es utilizado posteriormente en las reacciones de la fase oscura o ciclo deCalvin para reducir el CO2 a compuestos orgánicos; carbohidratos, grasas y proteínas, ademásliberar el oxígeno. FASE OSCURA O CICLO DE CALVIN En esta fase ocurre la formación de la glucosa. No necesita la presencia de luz ya que la energía la toma del poder asimilatorio formado durante la fase luminosa. En este período utiliza también el CO2 que toma la planta del medio. En una serie de pasos, el CO2 se combina en las células con una molécula de difosfato de ribulosa. Del compuesto resultante se produce gliceraldehido (PGAL) cuya molécula tiene tres carbonos. Por cada seis moléculas de CO2 que toma la célula se forman doce (12)
  22. 22. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 22PGAL. De estas doce moléculas, diez vuelven al ciclo de reacciones y solamente dos de ellasforman carbohidratos. Para que esto se pueda realizar es necesario el suministro de energía,la cual proviene del ATP y el NADPH2 formados durante la fase luminosa. La glucosa formada durante la fotosíntesis se transforma posteriormente en otrosazúcares complejos, tales como la sacarosa, el almidón que constituyen el alimento dereserva de los vegetales. A partir de estos glúcidos se forma la celulosa y la lignina ymediante sucesivas reacciones químicas, partiendo de los azúcares mencionados, se formanotras sustancias complejas muy importantes en la constitución del protoplasma, como lo sonlos lípidos y las proteínas.Las plantas con clorofila vienen a constituir pequeñas fábricas de alimentos que son la basedel mantenimiento de la vida. Aunque en las plantas terrestres se menciona la fotosíntesiscomo función de las hojas debemos señalar que este proceso se realiza en todas aquellascélulas provistas de clorofila y expuestas a la luz solar que se encuentran en cualquier órganode la planta. En el medio acuático las algas tienen gran actividad fotosintética y su papelprimordial para el mantenimiento de la vida en el mar.Tres hechos fundamentales se producen durante la fotosíntesis: a.- la transformación de la energía lumínica en energía química; b.- La liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono; y c.- La síntesis de compuestos orgánicos a partir de productos inorgánicos. En realidad el proceso de la fotosíntesis es un proceso indivisible y tanto las etapasque hemos considerado para su estudio como las reacciones químicas mencionadas sesuceden con solución de continuidad y como una reacción en cadena. Podemos afirmar, sincaer en exageración, que de este proceso depende toda actividad vital de los seres vivos. Al finalizar la lectura del tema de la fotosíntesis construya en su cuaderno una síntesis de lasdiferentes fases, anotando los reactivos usados en cada fase, los productos así como lascondiciones en las que se presenta el proceso de elaboración de sustancias complejas. RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA La Tierra es el único planeta del Sistema Solar que posee una atmósfera con grandescantidades de oxígeno libre. Curiosamente, este procede de una actividad biológica, lafotosíntesis. El oxígeno es un elemento muy reactivo, ataca diferentes compuestos y secombina con ellos oxidándolos. Durante la oxidación se desprende energía. El proceso derespiración celular es esencial para todos los seres vivos, ya que mediante él, que es unareacción de oxidación lenta, se puede liberar la energía contenida en los alimentos.Podemos definir la respiración celular aeróbica como la degradación lenta y total de lamolécula de glucosa por la reacción de ésta con el oxígeno para la liberación de la energíacontenida, en forma de ATP, dióxido de carbono y agua. La ecuación general de la respiración es la siguiente;
  23. 23. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 236 H2O + C6H12O6 + 6 O2 -------> 6 CO2 + 12 H2O + Energía (38 ATP)Si analizas con detenimiento la ecuación anterior podrás notar que es la reacción inversa alproceso de la fotosíntesis, donde los reactivos de una son los productos de la otra y semantiene un balance de la cantidad de materia que interrelaciona.El proceso de respiración celular lo podemos dividir en dos fases, de acuerdo a suscaracterísticas, ellas son; a.- Glucólisis, y b.- Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido Cítrico. GLUCÓLISIS Este proceso se lleva a cabo en el citoplasma celular, sin la presencia de oxígeno, es decir, es ANAERÓBICO. La glucólisis es un proceso conjunto de reacciones en las cuales, el azúcar, glucosa, se parte en dos y forma dos moléculas de ácido pirúvico. En esta fase se producen cuatro ATP pero en el proceso mismo se requiere de dos ATP para que se inicie, por lo que el resultado neto es de dos ATP por cada molécula de glucosa. El ácido pirúvico, producido en estas reacciones puede tomar dos caminos: a.- se oxida y entra al ciclo de Krebs que es aeróbico y que ocurre a nivel de la mitocondria, o: b.- sigue un proceso anaeróbico, llamado fermentación, transformándose en alcohol o en ácido láctico. CICLO DE KREBS O DEL ÁCIDO CÍTRICO Es la segunda fase de la respiración, consiste en la degradación total del ácidopirúvico a CO2 y agua, en presencia de oxígeno que ocurre en las mitocondrias. La oxidacióndurante el Ciclo de Krebs libera dióxido de carbono y pares de átomos de hidrógeno (H2). ElH2 ofrece luego sus electrones al sistema de transporte de electrones por las mitocondriaspara efectos de una serie de reacciones de reducción que culminan en la formación de aguay almacenamiento de la energía producida en forma de ATP. El ATP es formado por lafosforilación oxidativa del ADP, que proporciona una molécula de fosfato inorgánico al ADP,creándose así el compuesto ATP de energía más alta. La energía incorporada al ATP puedeutilizarse entonces para cualquier actividad celular que requiera energía, como síntesis de
  24. 24. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 24 proteína, contracción muscular, y transporte activo. La energía se libera al reconvertirse el ATP en ADP y fosfato inorgánico. Muchos procesos que requieren energía ocurren fuera de las mitocondrias, aunque algunas síntesis tienen lugar en su interior. Durante el proceso del Ciclo de Krebs se liberan alrededor de 36 ATP. La degradación total por tanto produce en promedio 38 ATP, dosprovenientes de la glucólisis y 36 provenientes del ciclo de Krebs. FERMENTACIÓN Anteriormente dijimos que a partir de la glucólisis el ácido pirúvico podía seguir doscaminos: uno aeróbico (Ciclo de Krebs) y otro anaeróbico, ahora vamos a relacionarnos conel tema de fermentación. Entendemos como fermentación a la reacción de degradación parcial de la moléculade glucosa SIN la presencia de oxígeno.De acuerdo al subproducto formado así tenemos: 1. Fermentación Láctica; 2. Fermentación alcohólica. 3. Fermentación acética. FERMENTACIÓN LÁCTICA: Ocurre a nivel muscular. La glucosa por medio de enzimas, se degrada en ácidoláctico, CO2 y dos moléculas de ATP. Es una fuente de energía alterna para momentos de altanecesidad de fluido energético. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: En este proceso, la glucosa, por medio de levaduras y enzimas, se degrada en alcohol,CO2 y dos moléculas de ATP.IMPORTANCIA DE LA FERMENTACIÓN: Este proceso es importante para: a.- la degradación de restos de seres vivos en los minerales básicos componentes.
  25. 25. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 25 b.- Para la producción de CO2 para el proceso de la fotosíntesis. c.- Formación de rocas fósiles como carbón y petróleo. d.- En la industria licorera y farmacéutica. e.- De igual manera en la industria panadera CICLO CELULAR La célula como ser vivo durante su tiempo de existencia debe pasar por una serie detransformaciones, entre ellas se encuentra el aumento de tamaño o de volumen provocadopor la acumulación interna de sustancias tanto nutritivas como de estructura. Cuando lacélula alcanza un tamaño crítico se debe dividir en dos células idénticas en estructura peroinferiores en tamaño, la información de su funcionamiento así como la de su estructura seduplica y cada célula hija recoge una copia igual a la de su madre. Al pasar la célula por esteciclo celular, deben llevarse a cabo dos procesos claves de manera coordenada y precisa: 1.- debe ocurrir la duplicación del material genético presente en la célula; y 2.- las dos copias del material se deben distribuir en forma equitativa de tal maneraque ambas adquieran la misma información que le permitirá perpetuar la especie en lamisma línea celular. El primer período del ciclo celular, como indicábamos anteriormente, es un período de crecimiento y aumento de la masa celular, es llamada G1. Este período está caracterizado porque el material genético de la célula diploide se prepara para duplicarse, por lo tanto se sintetiza en la célula los materiales necesarios para poder copiar el ADN requerido. En esta fase los cromosomas están formados por UNA SOLA CROMÁTIDA. Cuando la cantidad de material sintetizado es la indicada la célula inicia un período llamado S en el cual el ADNse duplica y se ensamblan los cromosomas, de esta forma al finalizar la fase los cromosomasestán formados por DOS CROMÁTIDAS. Después de completada la duplicación del ADN lacélula entra nuevamente en una etapa de crecimiento de llamada G2. Durante estas tresfases hay una intensa actividad metabólica y crecimiento de la célula, estas tres fases dancabida a lo que se conoce como INTERFASE. Después de finalizada la fase G2, se produce ladivisión celular o fase M (mitosis). Durante la mitosis se detiene la mayoría de la actividadmetabólica de la célula. La secuencia G1 - S - G2 - M - G1 se conoce como CICLO CELULAR. La duración de lsdiferentes fases, particularmente de la G1 y G2 son muy variadas y dependen del tipo decélula y de la especie. Cuando la división no progresa o sea se encuentra detenida se diceque la célula se encuentra en un estado G0. La fase G0 se puede presentar por efectosambientales o bien porque se haya alcanzado una diferenciación terminal en donde se pierdala capacidad de reproducirse como sucede, por ejemplo, con las células cerebrales. En lascélulas eucarióticas que proliferan rápidamente, la fase M ocurre generalmente cada 16 - 24
  26. 26. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 26horas y dura de 1 a 2 horas. Bajo condiciones que favorecen el crecimiento celular, elcontenido proteico total de la célula típica aumenta más o menos continuamente a través del ciclo. Así mismo la síntesis de ARN se produce a una tasa continua, con la excepción de la fase M, cuando los cromosomas están demasiado condensados para permitir la transcripción. La primera manifestación visible de una inminente mitosis es una condensación de los cromosomas. En la mitosis, dos estructuras citoesqueléticas son importantes: a.- El huso mitótico compuesto por microtúbulos y sus proteínas asociadas el cual se encarga de alinear, separar y transportar los cromosomas hijos a cada polo de la célula; y b.- En las células animales, un anillo contráctilde filamento de actina y miosina muy importantes en la citocinesis. Cuando se produce laduplicación del ADN, las dos copias del cromosoma se pegan a regiones especializadas de lamembrana celular y son gradualmente separados por el crecimiento hacia adentro de lamembrana entre ellos. La fisión ocurre entre los dos sitios de fijación, de manera que cadacélula hija captura un cromosoma. La fase M está dividida en seis estados; los primeros cinco constituyen la mitosis o división del núcleo. El sexto estado corresponde a la citocinesis o división del citoplasma. Los cinco estados de la mitosis ocurren en un orden estricto, con solución de continuidad y son: PROFASE, PROMETAFASE, METAFASE, ANAFASE Y TELOFASE. La citocinesis comienza durante la anafase y termina casi al final del ciclo mitótico. PROFASE: Los cromosomas comienzan a condensarse, al final comienza la formación del huso mitótico oacromático y desaparece el nucléolo, En la profase se presenta un estructura llamada ASTERque es formada a partir del nucléolo, de él nacen una serie de microtúbulos que tienen un arreglo radial, a esta organización se le llama HUSO MITÓTICO O HUSO ACROMÁTICO. En las plantas superiores no se encuentran centriolos pero los microtúbulos se reúnen en regiones pobremente definidas. Los cromosomas duplicados se unen al huso acromático por medio de unas estructuras llamadas QUINETOCOROS (COMPLEJO MULTIPROTÉICO), la unión se da en el centrómero de los cromosomas que en esta fase consta de dos cromátidas hermanas unidas, la
  27. 27. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 27información de donde se forma el quinetocoro específico proviene del ADN del centrómero.PROMETAFASE: Esta fase comienza abruptamente al romperse la membrana nuclear en muchasvesículas. Los microtúbulos del huso hasta ese momento fuera del núcleo logran entrar a laregión nuclear y unirse por medio de los quinetocoros a los centrómeros de loscromosomas. Los quinetocoros de los microtúbulos se extienden en dirección opuesta apartir de cada cromátida. El resultado de esta interacción es que una cromátida de cadacromosoma segregará a cada una de las células hijas. Los microtúbulos pegados alquinetocoro juegan un papel esencial en este proceso de segregación: 1.- ellos juegan un papel muy importante en la orientación de cada cromosoma conrespecto al eje del huso, de manera que busque un polo. 2.- mueven cada cromosoma hacia la placa metafásica, proceso que dura entre 10 y20 minutos en células de mamíferos. La prometafase está caracterizada por un período de frenética actividad durante elcual el huso trata de alinear los cromosomas en la placa metafásica. En realidad loscromosomas están rotando violentamente y oscilando atrás y adelante entre los polos delhuso, ya que sus quinetocoros están capturando microtúbulos que crecen de uno y otro delos polos del huso y están siendo halados por los microtúbulos capturados. Estosmovimientos le permiten a los cromosomas ser segregados al azar en las células hijas. METAFASE: Los microtúbulos del quinetocoro alinean en un plano as la mitad de los polos del huso a los cromosomas formando lo que se llama PLACA METAFÁSICA. ANAFASE: La anafase comienza abruptamente con la separación sincronizada de cada cromosoma hijo, cada uno con su quinetocoro y la subsecuente partida hacia los polos opuestos. Todas las cromátidas se mueven a la misma velocidad.TELOFASE: De Telos que significa final. Las cromátidas llegan a cada uno de los polos y desaparecen los microtúbulos del quinetocoro. Se forma una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas hijos. La cromatina empieza su proceso de desconcentración y descondensación. Reaparece el nucléolo.
  28. 28. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 28CITOCINESIS:Durante la citocinesis se divide el citoplasma por un proceso llamada segmentación. Aunquela división nuclear y citoplasmática están asociadas, son eventos separados. En animales, lamembrana alrededor de la mitad de la célula y perpendicular al eje del huso y entre losnúcleos hijos, se dirige al centro y adentro y forma un surco de segmentación, el cual penetragradualmente hasta separar la célula en dos mitades. El huso mitótico juega un papelimportante en determinar donde se dará la segmentación. La citocinesis usualmente comienza en la anafase y continúa hasta la telofase y siguiente período interfásico. El primer signo visible de la segmentación en células animales es la aparición de un plegamiento y surcamiento de la membrana plasmática durante la anafase. El surco ocurre invariablemente en el plano de la placa metafásica, en ángulo recto al eje mayor del huso mitótico. La mayoría de células se dividen de forma simétrica de forma que las dos células hijas obtienen el mismo tamaño. La segmentación es efectuada por lacontracción de un anillo contráctil formado principalmente por actina y miosina. Este grupode filamentos se encuentra unido al lado citoplasmático de la membrana celular por ungrupo de proteínas. En el caso de las plantas superiores el proceso de citocinesis sufre unamodificación debido a la presencia en estas de una pared celular rígida, en este caso se formauna PLACA CELULAR que es un nuevo tabique celular dentro de la célula. MEIOSIS La meiosis es un tipo de reproducción celular por medio de la cual el número decromosomas se reduce a la mitad, dando origen a la formación de los gametos, que soncélulas especializadas para la reproducción de seres sexuados. En la fertilización del óvulo
  29. 29. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 29por el espermatozoide, el número de cromosomas se duplica en el cigoto; como, por otraparte sabemos que el número de cromosomas es constante para cada especie tiene quehaber antes de la fertilización un proceso de reducción o MEIOSIS (del griego disminución),para evitar que en cada generación se duplique el número de cromosomas. Los gametos o células sexuales derivan de las células somáticas mediante meiosis, esdecir, reduciendo a la mitad el número de cromosomas de la especie. A la célula que pose elnúmero completo de cromosomas se le denomina DIPLOIDE, que se simboliza por 2n.Por ejemplo, en las células del hombre hay 46 cromosomas; después de la meiosis esenúmero se reduce a la mitad; son células haploides (n); estas células están representadas porlos gametos: óvulo y espermatozoide. En el humano tienen 23 cromosomas cada uno. Con la excepción de los cromosomas sexuales, un núcleo contiene dos versionessimilares de cada cromosoma, uno proveniente del padre y el otro proveniente de la madre,llamados HOMÓLOGOS. A diferencia de la mitosis, en la cual ambas células hijas contienen el mismo númerode pares de cromosomas, en la meiosis los gametos derivados contienen sólo un miembro decada par (el proveniente de la madre o del padre). Este requerimiento provoca un mayortrabajo a la maquinaria de la división celular. La meiosis consta de dos divisiones nucleares sucesivas después de una soladuplicación del ADN.FASES DE LA MEIOSIS: Aunque el proceso de la meiosis se efectúa en forma continua como un todo únicopara su estudio se ha dividido en fases o etapas:MEIOSIS Ia.- PROFASE I: Esta es mucho más complicada que la profase mitótica, arbitrariamente sedividió en cinco estados: LEPTOTENO, ZIGOTENO, PAQUITENO, DIPLOTENO y DIACINESIS.Vale la pena conocer generalidades de lo que sucede en cada una de ellas, pero lo másimportante es el ENTRECRUZAMIENTO, pues aumenta la variabilidad en las especies. LEPTOTENO: Los cromosomas tienen aspecto filiforme y no se pueden observar lascromátidas ya que ambas se encuentran juntas. Cada cromosoma se encuentra pegado porambos extremos a la membrana nuclear por medio de una sustancia o estructura llamadaPLACA DE FIJACIÓN. ZIGOTENO: Los cromosomas homólogos comienzan a aparearse, proceso que recibe elnombre de SINÁPSIS. Esto constituye una gran diferencia de la meiosis y la mitosis, pues enesta última no existe el apareamiento. En la sinapsis cada gen es yuxtapuesto con su genhomólogo. Cada par de cromosomas apareados se conoce como DIVALENTE o TÉTRADA. Alaparearse los dos juegos de cromátidas se forma una estructura conocida como COMPLEJOSINAPTONÉMICO. Esta estructura mantiene unidas y alineados los cromosomas homólogosdel bivalente y se cree que es requerido para que ocurra el ENTRECRUZAMIENTO (crossingover). Las cromátidas hermanas en cada homólogo son conservadas muy juntas y su ADN seextiende del mismo lado del Complejo Sinaptonémico en una serie de lazos. De esta maneramientras los cromosomas homólogos son estrechamente alineados a lo largo de su longituden el complejo sinaptonémico, las cromátidas maternas y paternas que se recombinan son
  30. 30. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 30mantenidas separadas. PAQUITENO: Se inicia en el momento en que finaliza la sinápsis y puede durar varios días.En este estado aparecen grandes nódulos de recombinación a intervalos en el complejosinaptonémico. La recombinación genética ocurre entre DOS CROMÁTIDAS NO HERMANAS.Los sitios donde ocurrió la recombinación son invisibles en paquiteno pero aparecerán másadelante en la siguiente fase como QUIASMAS. El entrecruzamiento hace que ladescendencia herede genes provenientes de ambos abuelos, a pesar de que el progenitorrespectivo le dio a su hijo una célula germinal que contenía el cromosoma de su padre omadre. La recombinación genética permite que aumente la variabilidad entre ladescendencia. En esta etapa los cromosomas se descondensan temporalmente y sintetizanARN para proporcionar materiales de reserva para el huevo. DIACINÉSIS: En esta fase cesa la síntesis del ARN, se condensan los cromosomas (seengruesan) y se despegan de la membrana celular. Se ven claramente las dos cromátidas decada cromosoma homólogo. Las cromátidas hermanas permanecen unidas a nivel de losquiasmas. El entrecruzamiento además de generar nuevas combinaciones de genes, escrucial para la segregación de los dos cromosomas homólogos a los núcleos hijos. Esto esdebido a que cada entrecruzamiento crea un quiasma, el cual juega un papel análogo al delcentrómero en la división mitótica, manteniendo junto a los cromosomas materno y paternoen el huso acromático, hasta la ANAFASE I.METAFASE I Esta fase se inicia cuando se desintegra la membrana nuclear y se forma el huso.Cada par de cromosomas homólogos se disponen independientemente sobre el Ecuador dela célula, para ello es de fundamental importancia los quiasmas que toman la función de losquinetocoros en la mitosis normal.ANAFASE I: Se produce la separación o segregación de los cromosomas homólogos a cada una delas células hijas, en algunos casos se forma una membrana nuclear en cada célula hija peropuede no formarse. Esta fase es de suma importancia en genética pues es en la que sepueden producir o inducir mutaciones al no segregarse algún par de homólogos.TELOFASE I: Se forma la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas y la célulasufre citocinesis, formándose dos células. Al final de la meiosis I, en complemento cromosómico se redujo a la mitad, o sea detetraploide a diploide, recordemos que en la interface se produce una duplicación delmaterial original, esto es una característica común a mitosis. Los dos alelos de cada genfueron separados en anafase I y se envió cada uno a una célula diferente. Dos cromátidasseparadas son segregadas en la mitosis pero en meiosis se segregan dos cromátidas unidaspor un centrómero.MEIOSIS II: Esta es precedida por una corta interface en la cual no ocurre duplicación de loscromosomas. Los cromosomas se descondensan un poco, pero luego se vuelven a condensar
  31. 31. Liceo de Puriscal. Departamento de Ciencias. Área Biología. Lic. José Joaquín Jiménez Herrera. Apuntes de Biología 2012. Página 31y comienza la profase II. En todos los organismos la profase II es breve, se rompe lamembrana nuclear y los cromosomas entran en contacto con el huso mitótico. Al igual queen la mitosis, se detecta una serie de fibras quinetocóricas en cada cromátida hermana quese extienden a cada polo. El resto del comportamiento cromosómico es igual a una mitosis.La diferencia estriba en que hay un sólo cromosoma par en lugar de dos. La división terminacon la formación de cuatro células haploides. Las células germinales, además de sufrirmeiosis experimentan otras modificaciones para convertirse en óvulos y espermatozoides. El proceso de meiosis es de suma importancia en la reproducción sexual por elintercambio de material genético entre dos seres de la misma especie, lo que producevariabilidad que le permite una mejor adaptación. Del mismo modo en el momento que seproduce el entrecruzamiento en la profase I la variabilidad aumenta. La unión de óvulo conespermatozoide, durante la fertilización, restablece el número diploide de cromosomasproduciendo un individuo con igual cantidad de información pero distinta en calidad.Si analizas con detalle el gráfico anterior podrás encontrar una serie de diferencias entrelos procesos de mitosis y meiosis resaltando la importancia de estos procesos en lareproducción de las células, en el caso de mitosis y en la reproducción de seresmulticelulares complejos como es el caso de la meiosis para la reproducción sexual. Buscacon detalle y encontrarás otras más. Genética La genética es la rama de la Biología que estudia los fenómenos de la herencia, susvariaciones y las leyes que la rigen. El término genética fue utilizado por primera vez porPaterson, un biólogo inglés en el año 1903.

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