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Biologia 1.... Biologia 1.... Document Transcript

  • SISTEMA NACIONAL DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLOGICA INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA REGION MIXE INGENIERIA EN DESARROLLO COMUNITARIO Compiló: M.C. Carlos Antonio Martinez Compiló: Santa María Tlahuitoltepec, Mixe, Oaxaca. Agosto 2007 -1- BIOLOGIA 1
  • APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO Proporciona los conocimientos generales de la célula, su estructura y función. Así como los conceptos básicos de metabolismo y biodiversidad, para vincular los aportes de la ciencia y la tecnología con los procesos de aprovechamiento de los recursos naturales. OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO • Comprenderá y manejará los conceptos generales de la biología y su importancia, con particular atención a las bases químicas de la vida. • Conocerá y comprenderá las diferencias entre los tipos de células en base a su morfología y función. • Conocerá los grupos biológicos que existen. TEMARIO UNIDAD I. Introducción a la Biología. 1.1. Generalidades e historia de la biología. 1.2. Relación de la biología con otras disciplinas. 1.3. Características e importancia del método científico en la investigación biológica. 1.4. Aplicaciones de la Biología. UNIDAD II. Bases químicas de la vida. 2.1. Importancia de los elementos inorgánicos en los seres vivos. 2.1.1. Agua. 2.1.2. Sales e iones. 2.2. Las biomoléculas en los seres vivos: 2.2.1. Carbohidratos. 2.2.2. Lípidos. 2.2.3. Aminoácidos. 2.2.4. Ácidos nucleicos. 2.2.5. Hormonas. 2.2.6. Vitaminas. 2.2.7. Clorofilas. 2.2.8. Proteínas -2- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD III. La célula: Unidad estructural de la vida. 3.1. Evolución celular. Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis. 3.2. Diferencias entre la célula procarionta y la eucarionta. 3.3. Características de las células vegetales y animales. 3.4. Estructura y función de los componentes celulares. 3.5. Teoría celular. 3.6. Mitosis y meiosis y sus repercusiones. 3.6.1. Cromosomas y sus características. 3.7. Técnicas de estudio de las células. 3.8. Niveles de organización. 3.8.1. Tejidos vegetales. 3.8.2. Tejidos animales. UNIDAD IV. Fisiología y metabolismo celular. 4.1. Respiración celular. 4.1.1. Ciclo de Krebs y transporte de electrones. 4.1.2. Fermentación: síntesis anaeróbica de ATP. 4.2. Fotosíntesis. 4.2.1. Transporte de electrones. 4.2.2. Ciclo de Calvin. UNIDAD V. Biodiversidad. 5.1. Origen y características de la biodiversidad. 5.2. Sistemática y Taxonomía. 5.3. Reglas de nomenclatura. 5.4. Clasificación de los seres vivos: Linneo, Wittaker y Margulis. 5.5. Reinos Naturales: 5.5.1. Bacteria. 5.5.2. Archae. y Eukarya. 5.5.3. Hongos. 5.5.4. Vegetales. 5.5.5. Animales. 5.5.6. Virus. -3- BIOLOGIA 1
  • FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Campbell, Neil A. et al. 2001. Biología: Conceptos y relaciones. 3ª edición. Pearson Educación de México, D.F. 896 p. 2. Curtis H.; N.S. Barnes; A. Schnek y G. Flores. 2000. Biología. 6ª edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires, Argentina. 3. Margulis L. y D. Sagan. 1997. ¿Qué es la vida?. Ed. Tusquets. Barcelona, España. 4. Solomon, E.P., I.R. Berg, Ch. Martín y C.A. Ville. 1996. Biología de Villé. Editorial Interamericana McGraw-Hill. México, D.F.. 1193 p. 5. Audesirk; T. Y G. Audesirk. 1996. Biología: La vida en la Tierra. 4ª Edición. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.. México, D.F. 947 p. 6. Villeé, C.A., E.P. Solomon, Ch. E. Martín, L.R. Berg y P.W. Davis. 1992. Biología. 2ª Edición. Editorial Interamericana McGraw-Hill. México, D.F. 1404 p. 7. Ville, C., E.P. Solomon y P.W. Davis. 1987. Biología. 8ª edición. Editorial interamericana. México, D.F. 820 p. 8. Raven, P. Y G.B. Johnston.1986. Biology. Ed. Times Morro Mosby. Washington, D.C. 798 p. 9. Kimball, J. 1986. Biología. Addison-Uesley Interamericana. México, D.F. 1050 p. 10. Mader, Sylvia S. 1985. Biology: Evolution, Diversity and the environmental. C. Brown Publishing. Washington, D.C. 1089 p. 11. Recursos del internet www.um.es/•molecula/indice/htm ̃www.biología.arizona.edu/ www.galeon.com/portalbio/ www.arrakis.es/  lluengo/biología.html -4- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD I. Introducción a la Biología. 1.1. Generalidades e historia de la biología. La biología probablemente empezó en Grecia, griegos y romanos descubrieron las numerosas variedades de plantas y animales conocidos en aquella época. Galeno (131 a 200 D.C.), primer filosofo experimental, llevo acabo muchos experimentos para estudiar las funciones del nervios y vasos sanguíneos. Autores como Plinio (23 a 79 D.C.), escribieron enciclopedias acerca de la vida. En el renacimiento, se emprendieron estudios mas exactos de estructura, funciones y costumbres vitales de sin números de plantas y animales. Vasilio (1514-1564), Harvey (1578-1657), y John Hunter (1728-1793) estudiaron la estructura y funciones de animales en general, en particular del hombre, con lo que fundaron las bases de anatomía y fisiología. Con el invento del microscopio a principios del siglo XVII, Malpighi (1628-1694), Swammerdam (1637-1680) y Leeuwenhoek (1632-1723) pudieron estudiar la estructura fina de varios tejidos animales y vegetales. Leeuwenhoek fue el primero que describió bacterias, protozoarios y espermatozoides. El descubrimiento de la célula se debe al físico ingles Robert Hooke en el año de 1667, lo hizo observando pedazos de tejidos de corcho a través del microscopio y noto en el tejido pequeñas celdillas parecidas a las de un panal de abejas y los llamó células. En 1831 Robert Brown descubrió el núcleo en la epidermis de las orquídeas e hizo constar que dentro de ese núcleo poseía un corpúsculo redondo que era refringente y su presencia era refringente. En el mismo año Valentín encontró el núcleo en las células del tejido conjuntivo, y vio también dentro de el, un corpúsculo redondo y refringente y lo llamo nucleolo. Dujardin en 1835, estudio a los protozoarios y pone mucha atención en su contenido celular, lo considera como materia viva y lo llama sarcoda. Sehleinden llamo a ese contenido celular mucosa celular. En 1846, Purkinje a la mucosa celular la llamó protoplasma, Hugo Von Wohl, precisó su importancia y lo incorporó a la ciencia con el nombre de protoplasma. Los estudios de Mohl y Naegell, dan a conocer poco después que en el protoplasma encontraron bolsas de agua que e dieron en nombre de vacuola. En 1881, Schimper y Meyer descubrieron en los vegetales los plastos. En esta misma época, se establece la importancia de las vacuolas con la presión osmótica que ocurre en las células para su supervivencia; posteriormente descubren la intervención de los plastos en la fotosíntesis, a través de los cloroplastos. A partir del siglo XX los adelantos técnicos tienen por resultados estudios cualitativos de las estructuras y reacciones moleculares que forman la base de los fenómenos biológicos. Incluye: -5- BIOLOGIA 1
  • 1. Análisis de las estructuras de los genes y regulación genética de la síntesis de enzimas y otras proteínas. 2. Estudios subcelulares y su papel en los procesos de adaptación y regulación en la célula. 3. Investigaciones de la diferenciación celular 4. Análisis de la base molecular de la evolución, mediante estudios comparativos de las moléculas de proteínas específicas (hemoglobina, enzimas y hormonas) en diferentes especies. La biología es una ciencia que estudia a los seres vivos su estructura, función, evolución y su relación con su medio ambiente. Los seres vivos son un sistema complejo, altamente organizado e independiente y con una estructura físico – química determinada, con capacidad de utilizar la materia y la energía para reproducirse, crecer y desarrollarse. Son adaptables y capaces de reaccionar a estímulos de su medio ambiente. La biología es una ciencia experimental y como tal se basa para su estudio en el método científico. La biología tiene un estudio muy amplio que para su entendimiento y comprensión se divide en dos partes: 1). División taxonómica. Estructura a la biología en tres grupos: Botánica, Zoología y Microbiología. 2). Unidad básica. Estudia las relaciones existentes entre los grupos de la división taxonómica: Botánica, Zoología y Microbiología -6- BIOLOGIA 1
  • CRIPTOGAMAS: Pertenecen a plantas que no forman semillas, su reproducción no es A). BOTANICA: Es una evidente: helechos, musgos, selaginelas. ciencia que estudia a las GIMNOSPERMA: son plantas que poseen el óvulo fuera del ovario y la semilla fuera plantas FANEROGAMAS: Pertenecen a las plantas del fruto. Pino, caoba, ocote, etc. que poseen flor, fruto y semillas. MONOCOTILEDONEAS: Son plantas que su ANGIOSPERMA: Son plantas que poseen semilla poseen un solo cotiledón. Maíz, el óvulo dentro ovario y la semilla dentro del sorgo, trigo, caña, etc. fruto. Durazno, Mango, Melón, etc. DICOTILEDONEAS: Son plantas que su DIVISION TAXONOMICA semilla poseen dos cotiledones. Calabaza, mango, frijol, calabaza, etc. INFERIORES: Son animales que no tienen un cuerpo de consistencia rígida, son de cuerpo blando casi acuoso, pertenecen al Phylum celenterados (medusas, esponjas) y al INVERTEBRADOS: Son aquellos Phylum annelida (lombriz de tierra) etc. animales que no poseen estructura esquelética. SUPERIORES: Corresponden a animales con cuerpos mas de consistencia flexible, B). ZOOLOGIA: Es una corresponden al Phylum artrópodo y Phylum echinodermatas o equinodermos. ciencia que estudia a los animales INFERIORES: Corresponden a animales con cuerpo de consistencia cartilaginosa, se VERTEBRADOS: Pertenecen a componen en dos clases: 1. Ciclostoma: no poseen estructura osificada, y 2. las plantas que poseen flor, fruto y Elasmobranquias: no poseen estructura osificada solo poseen cartílagos. semillas. SUPERIORES: Corresponden a animales con consistencia corporal osificada, poseen huesos; se dividen en clases: Peces, Reptilia, Aves, Mamíferos, Mamalia C). MICROBIOLOGIA: Es una ciencia que estudia a los microorganismos o microbios: bacterias, virus, algas, protozoarios y nematodos. -6- BIOLOGIA 1
  • 1.2. Relación de la biología con otras disciplinas. Para la mejor comprensión y entendimiento de la biología celular se apoya o auxilia con otras ciencias o disciplinas a fines: a). Física: Comprende los fenómenos físicos que suceden en los seres vivos y los factores que lo rodea. b). Química: Comprende el estudio de los fenómenos químicos y la constitución química de los seres vivos, así como la acción metabólica que se efectúa en los mismos seres vivos. c). Citología: Estudia a la célula, su estructura y las funciones. d). Histología. Ciencia que estudia los tejidos. e). Fisiología. Es una ciencia que trata sobre las funciones de los seres vivos, su reproducción, nutrición y respiración. f). Anatomía. Es una ciencia que estudia la disposición y ubicación de los órganos en el cuerpo. g). Taxonomía. Estudia la clasificación sistemática de los seres vivos. h). Ecología. Estudia la relación entre los seres vivos con su ambiente. i). Genética. Es una ciencia que estudia los caracteres hereditarios de los seres vivos. j). Matemáticas. Se encarga del estudio estadístico o bioestadístico de los seres vivos. 1.3. Características e importancia del método científico en la investigación biológica. ¿De donde vienen los hechos biológicos? ¿Cómo sabemos que son ciertos?. Naturalmente la fuente última de cada de cada hecho se encuentra en alguna observación o experimento cuidadosamente observado por el biólogo. Este criterio d posible repetición hace que podamos aceptar ciertas observaciones o experimentos como verdaderos; se descartan las observaciones que no pueden ser duplicados por investigadores competentes. Cuando un biólogo ha logrado un descubrimiento, lo describe en un artículo en el cual explica sus métodos con bastante detalle para que otros puedan repetir el experimento; da los resultados de sus observaciones, presenta las conclusiones que pueden sacarse de ellas y talvez formula una teoría para explicarlas. El objetivo de toda ciencia radica en brindar explicaciones para los fenómenos observados y establecer principios generales que permita predecir las relaciones entre estos y otros fenómenos. Estas explicaciones y generalizaciones se logran por un tipo de sentido común organizado al que se le denomina Método científico. La -7- BIOLOGIA 1
  • esencia del método científico consiste en el planteamiento de preguntas y búsqueda de respuestas; las preguntas deben ser científicas, originadas en experimentos y observaciones, y exactamente igual las respuestas, que además deben ser susceptibles de comprobación en experimentos y observaciones. La base del método científico y la fuente última de todos los descubrimientos de la ciencia es la observación cuidadosa y precisa. Las observaciones y experimentos pueden así analizarse o simplificarse de modo que pueda introducirse en los fenómenos observados cierto tipo de orden. El hombre de ciencia generaliza o elabora una hipótesis sobre la naturaleza de la información, o quizá la enlace con una cadena de fenómenos, talvez relaciones causa efecto entre diferentes fenómenos. Una hipótesis apoyada en muchas observaciones y experimentos distintos se transforma en teoría a la que Websrer define como principio general científicamente aceptable que se ofrece para explicar los fenómenos; análisis de un conjunto de hechos en sus relaciones mutuas ideales. Una fuente buena teoría relaciona, desde el punto de vista único, hechos que previamente parecían dispares sin explicación común. En realidad puede prevenir nuevos hechos y sugerir nuevas relaciones entre los fenómenos. Una teoría correcta, además de señalar la relación entre distintas clases de hechos, aclara y simplifica la comprensión de los fenómenos naturales. 1.4. Aplicaciones de la Biología. La biología es una ciencia experimental y por lo mismo esta en constante movimiento en investigaciones, experimentaciones y de nuevos resultados. Por lo mismo para su estudio se crean nuevas técnicas de estudio, nuevos métodos. Actualmente las técnicas y métodos más utilizados para el estudio de la biología son la microscopia, citología, histología, citoquímica e histoquímica. Es imposible describir formas de vida sin hablar de los lugares donde se desarrollan esto nos lleva a unos de los esquemas conceptuales, o sea que las cosas vivas de cierta región presentan relaciones estrechas entre si con el medio, este estudio es fundamental para la sociología. Las formas actuales de vida también presentan relación más o menos claras con los fenómenos de la evolución. -8- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD II. Bases químicas de la vida. 2.1. Importancia de los elementos inorgánicos en los seres vivos. Las sustancias inorgánicas son fuentes esenciales de obtención de energía. Las células son sistemas físico – químicos vivientes que absorben, traducen y utilizan la energía para conservar el estado altamente improbable que es la vida. La energía es definida como una capacidad de efectuar trabajo; puede adoptar la forma de calor, luz, electricidad, movimiento o energía química. No se puede sostener la vida sin gasto constante de energía, se puede considerar que la energía es de dos tipos: la potencial y la cinética. 1. Energía potencial: Reconoce a la energía potencial como la capacidad para hacer trabajo debido a la posición o estado de una partícula. Puede ser química, eléctrica, fólica, de posición. 2. Energía cinética: Se defina como la energía de una partícula en movimiento. Una roca en la cima de una colina tiene energía potencial a causa de su posición. Al rodar por la pendiente, la energía potencial se convierte en energía cinética. Las conversiones de la energía potencial química en otras formas de energía potencial (otras configuraciones químicas durante las síntesis, producción de potenciales eléctricos y movimientos) en y en energía cinética (calor) son continuas en las células. Los principios que rigen las relaciones entre energía potencial y energía cinética, se encuentran incorporados en la ley de la termodinámica. Las mediciones de las conversiones de energía potencial en energía cinética deben hacerse en una porción arbitraria de materia, conocida como sistema; por ejemplo. Una célula y sus alrededores inmediatos, o un organismo y su ambiente inmediato. Un sistema absorberá energía de su ambiente o la perder el mismo, a menos que intente aislarlo. El estudio de las transformaciones de la energía de los organismos vivientes se denomina bioenergética. El mundo biológico pueden distinguirse tres tipos importantes de transformaciones de la energía: la radiante, la química y trabajo biológico. 1. Energía radiante: La energía de la luz solar es capturada por la clorofila, pigmento verde en las plantas verdes, y es transformada por proceso de fotosíntesis en energía química. Esta energía se usa para sintetizar carbohidratos y otras moléculas complejas a partir del bióxido de carbono y agua. La energía radiante de la luz del sol, una forma de energía cinética, es transformada en un tipo de energía potencial. La energía química es almacenada en las moléculas de carbohidratos y otros alimentos como energía de los enlaces que unen sus átomos constituyentes. -9- BIOLOGIA 1
  • 2. Energía química: La energía de los carbohidratos y otras moléculas es transformada por el proceso llamado respiración celular en energía biológicamente útil de enlaces fosfatos ricos en energía. Esta clase de transformación de la energía se traduce en la mitocondria. 3. Trabajo biológico: Ocurre cuando la energía química de estos enlaces fosfato ricos en energía es utilizada por las células para hacer trabajo (el trabajo mecánico de la contracción de muscular, el trabajo eléctrico de conducir un impulso nervioso, el trabajo osmótico de mover moléculas contra una pendiente o el trabajo químico de sintetizar moléculas para el crecimiento). Al producirse estas transmisiones, la energía pasa fácilmente al medio ambiente y se disipa como calor. Las plantas y los animales han creado ciertos traductores de energía notablemente eficaces, como cloroplastos y mitocondrias, para efectuar estos procesos junto con eficientes mecanismos de control para regular los traductores y permitir a las células adaptarse a las variaciones en las condiciones ambientales. Para tratar de entender la naturaleza físico-química de la célula y los diversos sistemas biológicos que contiene, es conveniente revisar los componentes estructurales de la célula y los constituyentes moleculares involucrados. Los componentes químicos de la célula se clasifican en: inorgánicos (agua y sales minerales) y orgánicos (proteínas, hidratos de carbono, ácidos nucleicos, lípidos, etc.). 2.1.1. Agua. El agua es un constituyente esencial para los cuerpos celulares, se encuentra en gran concentración en el citoplasma, produciendo la turgencia celular. Se tiene en concentración del 75% a 90% en un cuerpo celular o en el citoplasma. El agua sirve como solvente natural para los iones minerales y otras sustancias, y también como medio de dispersión para la estructura coloidal del protoplasma. El agua también es indispensable para la actividad metabólica, ya que los procesos fisiológicos se producen exclusivamente en un medio acuoso. Las moléculas de agua también participan en muchas reacciones anzimáticas de la célula y pueden formarse como resultado de procesos metabólicos. El agua se encuentra en la célula en dos formas: 1. Agua libre: Representa el 95% del agua total y es la parte usada principalmente como solvente para los solutos y como medio dispersante del sistema coloidal del protoplasma. Tiene un elevado calor específico y es capaz de absorber una gran cantidad de calor antes liberarlo al medio circundante. De esta manera, el agua protegerá a la célula de cambios caloríficos bruscos. Es un solvente que mezclado con un soluto permite formar una solución. Permite mantener la homeostasis (el equilibrio en concentración de agua, temperatura, compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. -10- BIOLOGIA 1
  • Facilita la conducción de compuestos sustancias, en el cuerpo celular y permite la hidratación corporal. 2. Agua de enlace, fija o ligada: Representa el 4% a 5% de agua en el cuerpo celular, es la que esta unida flojamente a las moléculas de proteínas por uniones de hidrógeno y otras fuerzas, sirve para ligar compuestos para la constitución completa del agua. Ejemplo: asociación de hidrógeno (H) y oxigeno (O2), formando dos moléculas de hidrogeno y uno de oxigeno, constituyendo el H 2O cuya formula es el agua. 2.1.2. Sales e iones. Además del agua, en la célula encontramos componentes inorgánicos, pueden estar en forma de sales y iones, funcionalmente los componentes inorgánicos sirven en parte, para mantener la presión osmótica dentro de la célula. Ciertos iones son de particular importancia en la organización de la célula y en sus actividades metabólicas. Uno de los más significativos es el grupo de los fosfatos (PO43-) que esta asociado con las fosfoproteínas, fosfolípidos y nucleótidos Existe una gran variedad de minerales que forman parte de un cuerpo celular. El Fierro o hierro (Fe), se localiza en concentraciones de clorofila, en el citocromo y peroxidazas. El magnesio (Mg) y potasio (K), son esenciales para la formación e integridad de los ribosomas. El calcio (Ca) participa en la formación de la pared celular. El magnesio (Mg), fierro (Fe) y potasio (K) participan como activadores enzimáticos. El manganeso (Mn) participa en la formación del ácido desoxirribonucléico (ADN). El fósforo (P) participa en la integración del trifosfato de adenosina (ATP). El azufre (S) es un constituyente de muchas sustancias orgánicas celulares: proteínas, carbohidratos y lípidos. El fierro (Fe), constituyentes de sustancias de conducción. 2.2. Las biomoléculas en los seres vivos: Los principales compuestos orgánicos de las células son: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y esteroides. Algunos se necesitan para la integridad estructural de la célula; otros para suministrar energía y otros que regulan el metabolismo. Los carbohidratos y los lípidos son las principales fuentes de energía química en casi todas las formas de vida; las proteínas son elementos estructurales, pero tienen mayor importancia aun como catalizadores (enzimas) y reguladores de proceso celulares. Los ácidos nucleicos son de importancia en el almacenamiento y -11- BIOLOGIA 1
  • trasferencia de información usada en la síntesis de proteínas específicas y otras moléculas. 2.2.1. Carbohidratos. El protoplasma de una célula vegetal o animal contiene aproximadamente el 1% de carbohidratos. Los carbohidratos compuestos por carbono, hidrógeno y oxigeno, representan las fuentes de energía para las células animales y vegetales. En muchos vegetales son también constituyentes importantes de las paredes celulares y sirven como elementos de sostén. En los tejidos animales existen menos carbohidratos, los mas importantes de los cuales son la glucosa, la galactosa, el glucógeno y lo azucares animales y sus polímeros. Los carbohidratos de importancia biológica se dividen en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos, se conocen comúnmente como azúcar, son solubles al agua, se clasifican de acuerdo con el número de átomos de carbono en: triosas, pentosas, hexosas y heptosas. Las más importantes en las células son las pentosas y hexosas. La pentosa ribulosa es importante en la fotosíntesis. La hexosa glucosa constituye la fuente primaria de energía para la célula. La hexosa galactosa se halla en el disacárido lactosa, y la fructosa o levulosa, que forma parte de la sacarosa. Los disacáridos, son también conocidos comúnmente como azúcar, son formados por condensaciones de dos manómetros o monosacáridos con pérdida de una molécula de agua. Entre las sustancias más importantes de este grupo están: la sacarosa y la maltosa en vegetales y la lactosa en animales. Los polisacáridos resultan de la condensación de muchas moléculas de monosacáridos con correspondiente pérdida de moléculas de agua. Después de la hidrólisis dan lugar a moléculas de azucares simples. Los polisacáridos de mayor significación biológica son el almidón y el glucógeno, que representan sustancias de reserva en células vegetales y animales respectivamente. El glucógeno puede ser considerado como almidón de las células animales. Se encuentran en diversos tejidos y órganos, pero la mayor proporción esta contenida en el hígado y músculos 2.2.2. Lípidos. Los lípidos constituyen de 2 a 3%, en el protoplasma de una célula vegetal o animal. Son importantes porque representan un constituyente principal en la estructura de todos los sistemas membranosos. -12- BIOLOGIA 1
  • Son sustancias orgánicas insolubles al agua; tienen dos funciones principales: como componentes estructurales de la membrana y como forma de reserva de combustible metabólico. Hay varias clases diferentes de lípidos, pero todas ellas contienen grandes estructuras no polares en forma de hidrocarburos, que las hacen de naturaleza aceitosa o cerosa, insoluble al agua. Los lípidos más simples son los triglicéridos, que están compuestos de ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos contienen un gran número de átomos de hidrógeno, mismos que son de gran importancia en el proceso de captura de energía. Peso por peso, los lípidos son una mejor fuente de hidrógeno (energía) que los carbohidratos, aunque ciertos lípidos desempeñan un papel vital en la estructura de las membranas celulares. 2.2.3. Aminoácidos. Las moléculas proteicas están formadas por componentes más simples llamados aminoácidos. Los 20 aminoácidos aminados que suelen encontrarse en las proteínas poseen todos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH), pero sus cadenas laterales son distintas. El mas simple de todos, es la glicina, tiene como cadena lateral un H: la alanina, un grupo –CH3. El grupo amino permite al aminoácido aminado actuar como base y combinarse con ácidos.; el grupo ácido le permite combinarse con bases. Los aminoácidos y las proteínas sirven de amortiguadores y pueden resistir a los cambios de acidez y alcalinidad. Los aminoácidos se unen entre si para formar proteínas mediante un enlace peptídico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra. 2.2.4. Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos tienen enorme importancia biológica, debido a que son portadores de la información genética necesaria para que la vida continúe. Como las proteínas, estos ácidos se originan de la combinación lineal de moléculas pequeñas. Estas son muy diferentes de aquellas que componen las proteínas. Dichas moléculas fundamentales de los ácidos nucleicos se llaman nucleótidos. Cada nucleico consiste de tres grupo: una base nitrogenada (púrica o pirimídica), un azúcar de 5 carbonos (ribosa o desoxirribosa) y ácido fosfórico. Hay dos tipos de ácidos nucleicos. El ácido ribonucleico (RNA) que se encuentra principalmente en el citoplasma y en el nucleolo. El ácido desoxirribonucleico (DNA) se localiza en el núcleo, las mitocondrias y cloroplastos. El azúcar en el RNA es la ribosoma y, en el DNA es la desoxirribosa. Cada tipo de ácido nucleico contiene dos bases púricas y dos bases pirimídicas. Las dos bases púricas adenina (A) guanina (G), así como una pirimídica y una citosina (C) ocurren en ambos tipos. El DNA contiene la base pirimídica timina (T), y el RNA contiene el uracilo (U). -13- BIOLOGIA 1
  • 2.2.5. Hormonas. Son substancias secretadas por células de una parte del cuerpo que pasa otra parte, donde actúa en muy pequeña concentración regulando el crecimiento o la actividad de las células. Las hormonas son transportadas en la sangre desde su lugar de producción hasta el lugar en que actúan, pero los neurohumores pueden pasar por un axon, y las prostaglandinas son transferido por el líquido seminal. Las hormonas incluye compuestos químicamente muy diversos: aminoácidos y aminas, péptido, proteínas, ácidos grasos, purinas, esteroides y giberalinas. Muchas hormonas tienen varios mecanismos de acción independientes, gracias a los cuales regulan las actividades celulares. La adrenalina. Son aminas derivados del aminoácido tiroxina por hidroxilación y descarboxilación. Son sintetizadas y almacenadas en las células cromafines de la médula suprarrenal y liberadas cuando se estimulan las células por impulsos transmitidos por el sistema nervioso simpático. La tiroxina. Es sintetizada en la glándula tiroides. La tiroides tiene una bomba de yoduro que puede acumularla en el torrente sanguíneo y concentrarlo muchas veces. El ácido indolacetico. Es la hormona primaria de crecimiento o auxina de las plantas, es sintetizado a partir del aminoácido triptofano por transaminación y descarboxilacíon en las puntas de los tallos y raíces. Solo hay cantidades pequeñas de auxina en las plantas, pues convertida enzimáticamente en el compuesto inactivo indolformaldehido. Hormona paratiroides. Es secretada por la glándula paratiroides e interviene en la regulación del metabolismo del calcio. La oxitosina. Son péptidos cortos. Ambas son sintetizados en las células neuro secretorias de los núcleos supraóptico. La giberalina. Es una sustancia con efectos específicos de promoción de crecimiento en las plantas. Entre otras hormonas como la testosterona que proporciona los caracteres masculinos y progesterona que proporciona los caracteres femeninos. 2.2.6. Vitaminas. Uno de los logros más meritorios dentro de la biología ha sido el descubrimiento de las vitaminas y el análisis de sus propiedades y funciones en el metabolismo. Las vitaminas son compuestos orgánicos relativamente sencillos, aunque la pequeña cantidad necesaria de la misma no puede ser usada como fuente de energía, son indispensables para la existencia, las vitaminas difieren por completo desde el punto de vista químico, pero se parecen en el hecho de que no pueden ser elaboradas por el animal, de manera que debe estar presente en el régimen alimenticio, para que el metabolismo se produzca normalmente. -14- BIOLOGIA 1
  • Hay dos grupos principales de vitaminas: las solubles en grasas o solventes lípidos, vitaminas liposolubles (A, D, E y K) y las fácilmente solubles en agua, vitaminas hidrosolubles (C y complejo B). si la cantidad de alguna de ellas es insuficiente, aparece un cuadro patológico especifico, o sea una enfermedad por carencia, curable solo mediante la administración de la vitamina específica deficiente. Vitaminas liposolubles: Vitamina A. Se halla presente solo en productos animales como mantequilla, huevos y aceites de hígado de pescado. La vitamina A es liposoluble y puede ser almacenado en el organismo humano, especialmente en el hígado. Es necesario para conservación y crecimiento de las células epiteliales de la piel, ojos, vías digestivas y aparato respiratorias. Vitamina D. Es antirraquítica, provoca la movilización del calcio y el fosfato de los huesos, y estimulas el paso del calcio a través de la mucos intestinal. Vitamina E. Es necesario para evitar la esterilidad. Si los alimentos carecen de este elemento, el macho es estéril como consecuencia de alteraciones degenerativas del testículo sin que además las hembras puedan completar la gestación. También actúa como antioxidante y protector de algunos componentes celulares hábiles. Desempeña función de transporte de electrones. La carencia de este elemento provoca difusión en los músculos. Vitamina K. Es importante en la coagulación normal de la sangre estimulando la síntesis en el hígado. Se encuentran en casi todos los alimentos y son elaborados por bacterias en el intestino humano. Vitaminas hidrosolubles: Vitamina C. Su deficiencia provoca la enfermedad escorbuto, así como encías sangrantes, magulladuras de la piel, artritis dolorosas y debilidad en general. Se puede obtener de frutos crudos, vegetales y carne en estado natural. Complejo vitamínico B. Se caracteriza por ser factor antiberibérico, pero de los mismos extractos del hígado, levadura y salvados de arroz de los que se obtiene los agentes contra el mal. Se agrupa uno solo con la riboflavina o vitamina G, y a la biotina o vitamina H. 2.2.7. Clorofilas. La molécula de clorofila esta formada por muchos átomos de carbono y nitrógeno, que se parece a la porción hem de la hemoglobina, pigmento rojo de los glóbulos rojos; pero en lugar de un átomo de hierro, encontramos en el centro del anillo un átomo de magnesio unido a los dos de los cuatro átomos de nitrógeno. Se conocen varios tipos de clorofila, entre los cuales las dos mas importantes se llaman ay b, esta última con un oxigeno mas y dos hidrogeno menos que la primera. Todas las plantas tienen clorofila a, pero muchas algas y algunos otros vegetales carecen de clorofila b. además de la clorofila, las plantas contienen muchos -15- BIOLOGIA 1
  • pigmentos a los que deben su gran variedad de colores en flores, frutos y otras partes de la planta. Algunos de estos pigmentos intervienen en la absorción de energía luminosa y su transferencia a clorofila para que puedan utilizarse en la fotosíntesis. Casi todas las plantas tienen un pigmento anaranjado oscuro llamado caroteno que en el cuerpo del animal puede transformarse en vitamina A 2.2.8. Proteínas. Las proteínas representan el 10, 20 y hasta el 30% en el protoplasma de una célula vegetal o animal, son los constituyentes orgánicos más abundantes. Son macromoleculares fundamentales para todos los organismos vivos, puesto que son los medios de aspersión de la información genética. Constituyen componentes moleculares muy versátiles: algunas son enzimas, otras sirven como componentes estructurales y algunas más tienen actividad hormonal. Todas las funciones fundamentales de la célula dependen de proteínas específicas. Las proteínas se dividen en dos clases principales, en base a su composición: 1. Proteínas simples, son aquellas que al hidrolizarse producen solamente aminoácidos. 2. Proteínas conjugadas, son las que al hidrolizarse producen aminoácidos y otros componentes orgánicos e inorgánicos. La parte no aminoácida de una proteína conjugada recibe el nombre de grupos prostético. Las proteínas conjugadas se pueden clasificar en base a la naturaleza química de su grupo prostético en: nucleoproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, fosfoproteínas, hemoproteínas y metaloproteína. -16- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD III. La célula: Unidad estructural de la vida. 3.1. Evolución celular. Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis. Propone que las células eucariotas se originan a partir de una primitiva célula eucariota que actúa como célula huésped englobando a otros organismos procarióticos y estableciendo entre ambos una relación simbionte. • Se le incorporaron simbiontes como; 1. Bacteria aerobias: se estableció el citoplasma suministrándole energía. Fue el precursor de la mitocondria moderna. 2. Bacteria fotosintética: le confiere propiedades fotosintéticas y así ella no depende de compuestos orgánicos para el suministro de energía. Fue el precursor del cloroplasto moderno. • Esta relación endosimbiotica les proporciono un ambiente protegido y un aporte constante de nutrientes. • Existen varias teorías que respaldan la teoría de que mitocondrias y cloroplastos fueron bacterias: 1. Ambos tienen ribosomas procarióticos, que poseen secuencias del RNA ribosómico, características de determinadas bacterias. 2. Tienen una pequeña cantidad de DNA dispuesto en forma circular, tomado de procariotas. EL ENIGMA DEL ORIGEN DE LA CÉLULA EUCARIOTA Cada ser vivo se puede considerar como desarrollo de una fórmula inscrita en su patrimonio genético, bajo la forma de una doble cadena de polinucleótidos, que, al separarse, tienden a recuperar esa estructura duplexa. Una tendencia que a las formas de vida procariota les sirvió (y les sirve) para dar lugar, con toda facilidad, a dos células idénticas a la primera. Tras monopolizar durante más de mil millones de años toda expresión de vida en la tierra, de improviso (esta palabra sólo indica la ignorancia de los pasos intermedios) aparecen unas células más complejas (eucariotas) con ADN duplicado (diploide, al anterior le llamamos haploide) y un nuevo modo de reproducción (sexual) en el que dos progenitoras colaboran para conformar el patrimonio genético de la descendencia [para eso cada una da origen, en un proceso llamado meiosis, a unas células haploides (gametos) que se vuelven a fusionar entre sí (fecundación) para recuperar el estado diploide]. ¿Cómo se gestó su nacimiento? -17- BIOLOGIA 1
  • LA TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA La verdad es que no lo sabemos, y nos movemos en el arriesgado terreno de las hipótesis, lo que, si siempre entraña un factor de riesgo, aquí mucho más. En efecto, el dilatado periodo de tiempo que transcurrió antes de que apareciese la célula eucariota, refleja las enormes dificultades que ese proceso tuvo que afrontar. Y es que sus diferencias con la procariota no se acaban con el diploidismo y la reproducción sexual, sino que abarcan otras muchas características; y, desgraciadamente (saber el orden en que aparecieron supondría una ayuda de enorme valor), todas se presentan a la vez. De todas formas, que haya células diploides sin mitocondrias (aunque no sepamos si nunca las han tenido, o las han dejado perder), u otras en las que no se presenta la reproducción sexual (y nos dejan con la duda anterior) parece abonar la tesis de que la adquisición del diploidismo fue anterior a la de esas otras peculiaridades. Pero si es así: ¿cómo se llegó a él? Una de las teorías más aceptadas es la endosimbiosis de Margulis. Esta autora distingue entre sexo e hipersexo. El sexo bacteriano sería cualquier mezcla de genes que procedan de más de una fuente, y por lo tanto abarcaría todos los tipos de transferencia genética que tienen lugar en las bacterias [ya sean propiciados por lisis (transformación), por virus (transducción o transfección), o por plásmidos (entre ellos la conjugación]. Tras el sexo bacteriano vino el hipersexo, una "asociación simbiótica permanente que genera organismos con genes de distinta procedencia", que se presentaría con frecuencia en las bacterias (casi siempre como presuntas víctimas fagocitadas por protozoos y listas para su digestión, aunque en algún caso podrían haber escapado a ese destino): así las células eucariotas poseerían orgánulos (mitocondrias y cloroplastos) gracias a que ese hipersexo les permitió englobar en su citoplasma lo que antaño eran bacterias independientes y libres. Y Margulis propone que en alguna ocasión, algunas bacterias imitaron esa conducta. Un día, una de ellas fagocitó a otra, pero en lugar de terminar con la digestión del ADN de la célula ingerida lo respetó, y la célula resultante se convirtió en diploide: "Normalmente las bacterias nunca se funden, sino que entablan un breve contacto para enviar genes de una célula a otra. En el hipersexo, sin embargo se funden para siempre [...] La primera fusión hipersexual bacteriana (entre un oscuro microbio del grupo de las arqueobacterias y un nadador con pared celular) condujo a la primera célula nucleada." (Lynn Margulis y Dorion Sagan, ¿Qué es el sexo?, Barcelona, Tusquets, 1998, p. 79). Si las cosas sucedieron así, es de esperar que aquella "nueva especie" se comportaría como todas las demás: en cada división asexual, duplicaría el ADN y lo repartiría en partes iguales, con lo cual las células hijas seguirían siendo "diploides". Ese estado pudo persistir a lo largo de millones de años, en los que irían apareciendo los otros rasgos característicos de la célula eucariota: membrana nuclear, cromosomas, aparato mitótico, mitosis, citoesqueleto, cloroplastos, mitocondrias, etc. Hasta que un buen día, una anomalía en la replicación del ADN dio lugar a la primera meiosis. ¿Cómo sucedió? Por supuesto se trató de un accidente sin ninguna intención teleológica. El proceso de división celular implica muchos genes que actúan a modo de rosario secuencial, de forma que cada uno inicia su labor cuando el anterior ha finalizado la suya. El gen que procedía a la división del ADN entraba en acción cuando el que lo duplicaba había ejecutado su faena. Pero un buen día, algo -18- BIOLOGIA 1
  • debió disparar su actividad antes de que eso hubiese sucedido. Cuando esa anomalía ocurrió el proceso no debería haber continuado, pero como el gen se encontró con dos cadenas homólogas de ADN, se limitó a cumplir su misión y las distribuyó en dos grupos casi iguales, que volverían a ser haploides. Por la unanimidad que se ve en la actualidad, el proceso se estableció desde el inicio en dos divisiones superpuestas. Algo rompió el ritmo normal y al adelantar la segunda dio un resultado atípico (como un extrasístole que al demandar la contracción del miocardio fuera de tiempo provoca un latido anormal). Y esa anomalía dio como resultado la división de la bacteria madre en cuatro células hijas haploides (el germen de los futuros gametos). Y aquí hubiese acabado todo, si a esas células haploides no les hubieran dado por empezar a unirse otra vez entre sí, en un proceso que más tarde derivaría en la fusión de los gametos. Margulis lo achaca a ese mismo fenómeno endosimbiótico que según ella ya estuvo en el origen de la célula eucariota (emparentada con el canibalismo entre congéneres que se presenta en condiciones extremas en algunos protoctistas, concretamente en los Trichonympha, un grupo de hipermastigotos estudiado por Cleveland, quien creyó advertir que en algún caso el proceso no terminaba con la digestión de los cromosomas de la célula fagocitada, sino que sobrevivían para formar parte de la dotación cromosómica de la célula fagocítica). CLAROSCUROS DE ESTA TEORÍA La endosimbiosis, en lo que atañe a la aparición en la célula eucariota de los cloroplastos y mitocondrias, está casi unánimemente aceptada. Entre otras cosas porque todos los datos juegan a su favor: tanto las secuencias de su ADN, como las del rRNA 16S, difieren de las del núcleo eucariota, y en cambio guardan semejanzas con las de ciertas eubacterias; y además ese origen exógeno ayudaría a explicar el comportamiento un tanto independiente y autárquico de esas estructuras respecto al resto de la célula. Otra cosa es que haya podido colaborar en la formación del núcleo eucariota. El prestigioso autor (premio Novel en 1974) Christian de Duve lo pone en duda: "A menudo, se presenta la adopción endosimbiótica cual si se tratara del resultado de algún tipo de encuentro- predación agresiva, invasión pacífica, asociación o fusión mutuamente beneficiosa- entre dos procariotas típicos. Pero esa suerte de descripciones induce a confusión: las bacterias modernas no muestran ese comportamiento" (El origen de las células eucariotas, Investigación y Ciencia, nº. 237, junio 1996, p. 20) Y termina el artículo con rotundidad: "La adopción de endosimbiontes desempeñó un papel crucial en el nacimiento de los eucariotas. Con todo no fue el acontecimiento fundamental. Más significativo (y el que requirió asimismo un número mayor de innovaciones evolutivas) fue el largo y misterioso proceso (la negrilla es nuestra) que posibilitó tal incorporación: la lenta conversión, a través de mil millones de años, de un antepasado procariota en un gran microorganismo fagocítico que poseía la mayoría de los atributos de las células eucariotas modernas". Es posible que Christian de Duve lleve razón (que sepamos, no hay un solo caso documentado de esa "fusión bacteriana" que defiende Margulis): La endosimbiosis -19- BIOLOGIA 1
  • que dio origen a mitocondrias y cloroplastos, parecería exigir un proceso previo en el que una procariota se fue convirtiendo en una célula capaz de engullir cuerpos del volumen de las bacterias. En efecto, esa capacidad de fagocitar, presupone modificaciones en la pared celular, aumento de volumen y la presencia de una estructura citoesquelética y reticular. Y queda la duda de si entre esos atributos a los que esa célula procariota ya había llegado, estaría incluido el diploidismo (es difícil que esas adquisiciones pudieron llevarse a cabo, sin un incremento paralelo del ADN del genóforo ¿tal vez hasta haber alcanzado esa condición diploide?). Se puede alegar que, aunque no se haya podido probar un solo caso de simbiosis bacteriana, es una posibilidad que, en principio, no se debe rechazar. Las condiciones de la tierra han sido en otras épocas tan diferentes, que no se puede descartar que alguna hubiese podido propiciar ese proceso. ¡Y de alguna manera habrá que explicar tanto la duplicación del ADN de la célula eucariota, como su mezcolanza de genes (de arqueobacterias y eubacterias) demostrada por varios autores (Gupta, Lake, Doolittle, etc.). Pero esa explicación deja en el aire, como un fenómeno al que le costó más de mil millones de años presentarse, se convierte luego en habitual (en los gametos). ¿Es posible creer, como quiere Margulis, que se trata del mismo proceso? Y si es así: ¿por qué un comportamiento tan dispar? ¿Por qué, lo que se puede considerar casi un milagro (teniendo en cuenta el tiempo que precisó), ha pasado a ser un hecho habitual? ¿Por qué los gametos se comportan de modo diferente a las demás células haploides? ¿Por qué incluso marcan diferencias en su comportamiento y mientras unos tienen tendencia a "fagocitar" (o dejase penetrar), otros lo tienen a "ser fagocitados" (o penetrar)?. Tal vez, sin negar la importancia de la simbiosis en lo que respecta al origen de los cloroplastos y mitocondrias, en esa evolución hacia la célula diploide hayan podido intervenir otros procesos distintos que nos puedan ayudar a contestar estas preguntas. 3.2. Diferencias entre la célula procarionta y la eucarionta. Es importante introducir en este punto. El concepto de que las células con núcleo y citoplasma, así como todos los organelos celulares que han descrito, no son las masas mas pequeñas de materia viviente o protoplasmas. Existen unidades de vida mas simples o primitivas. Así, los procariontes, no poseen núcleo, no existe membrana nuclear y la sustancia nuclear se mezcla o se encuentra en contacto directo con el resto de protoplasma. Comprenden las bacterias y algunas algas (las azul – verdes). La célula eucarionte consta de una pequeña masa de protoplasma, el citoplasma, tiene núcleo verdadero y esta rodeado de la membrana plasmática. Comprenden a los animales, vegetales y protistas. Tipos de bacterias. Las bacterias son organismos microscópicos. Se conocen alrededor de 1600 especies. Son pocos los lugares del mundo sin bacterias. Las hay hasta cinco metros d profundidad de la tierra, en el agua dulce y salada; aun en los hielos de los glaciares, en el aire, en líquidos como la leche y en el interior de y exterior de los cuerpos de vegetales y animales, ya sean estos vivos y muertos. La inmensa mayoría son estrictamente saprofitos y como tales benefician al hombre, ya que ayudan al hombre, ya que ayudan a descomponer las cantidades enormes de materia inorgánica. Varias especies producen enfermedades en el hombre como la tuberculosis, neumonía y la fiebre tifoidea. En los animales producen enfermedades -20- BIOLOGIA 1
  • como brucelosis y ántrax. Se conocen alrededor de 200 especies que producen enfermedades en las plantas, como manchas, tizones, marchitamientos, pudriciones, agallas, cáncer, sarna, entre otras. Las bacterias son pequeñas, de menos de 1 hasta 10 micras de longitud; y de 0.2 a 1 micra de anchura. Normalmente están constituidas por células procarióticas simples, es decir, células que contienen un solo cromosoma pero que carecen de membrana nuclear. Las bacterias pueden tener forma de bastones (bacilo), esféricas, elipsoidales, espirales, de coma o filamento. Esferica Bastones Elipsoidales Flilamentosas Formas bacterianas Las bacterias reclasifican principalmente por sus características fisiológicas y bioquímicas, mas bien por sus caracteres morfológicos. Los bacilos pueden presentarse como bastones aislados, o como cadena larga de bastones aislados entre si (por ejemplo, los bacilos de carbunco). La difteria, fiebre tifoidea, tuberculosis y lepra, son enfermedades basilares. Las formas esféricas -21- BIOLOGIA 1
  • pueden estar aisladas en algunas especies; también en las hay en grupos de dos (por ejemplo, el gonococo, que produce la gonorrea) o en cadenas largas (estreptococos); finalmente, pueden formar acúmulos irregulares a modos de racimos de uvas (estafilococos). Hay dos tipos de formas espirales: los espirilos, que tienen pocas espiras y a veces pueden parecerse a una coma (como el caso del germen del cólera) y espiroquetas, con muchas vueltas a modo de sacacorchos, como el organismo que produce la sífilis. Las bacterias pueden desplazarse por la acción de prolongaciones celulares a modo de látigos, llamado flagelos. Estos lo tienen la mayor parte de las bacterias espirales y en forma de bastoncitos. Las bacterias se reproducen a una velocidad sumamente rápida. En condiciones favorables, las bacterias pueden dividirse cada 20 a 60 minutos. De ahí que una bacteria se divida en dos, dos en cuatro, cuatro en ocho y así sucesivamente, mediante el proceso de reproducción asexual conocido como “Fusión binaria”. Entre las células bacterianas podemos citar a la escherichia coli; mide alrededor de 2 µm (20,000 amstromg Å) de longitud por 0.8 µm (8000 Å) de ancho. Se encuentra rodeada de una rígida pared celular que contiene moléculas proteicas, lípidos y polisacáridos. Por dentro de la pared celular existe una membrana celular o plasmática, estructura lipoprotéica que constituye una barrera molecular, hay enzimas vinculadas con la oxidación de metabólicos que componen la cadena respiratoria. Mediante el microscopio electrónico, es posible reconocer regiones mas claras (a menudo llamada nucloides), donde se encuentra el cromosoma de la bacteria, formado por una sola molécula circular de ácido desoxirribonucleico (ADN), fuertemente plegada y empaquetada dentro de la región nuclear y contiene la información genética del organismo. Es un hecho importante que el ADN esta adherido en un punto a la membrana plasmática. Rodeado el ADN, en la región mas oscura del protoplasma, existe un gran número de partículas, de alrededor de 250 Å, los ribosomas, puestos de ácido ribonucleico (ARN) y proteínas. El resto de la célula se compone de agua, diferentes tipos de ARN y proteínas y otras moléculas más pequeñas. De lo dicho acerca de la E. coli es evidente que debe existir un límite inferior de tamaño para la célula. En efecto, esta ha de ser lo bastante grande como para: a). Poseer membrana plasmática. b). Contener el material genético suficiente para codificar los diversos ARN que intervienen en las síntesis de proteica. c). Tener la maquinaria biosintética necesaria para que esta síntesis ocurra. Entre los agentes que presentan la mas pequeña masa viviente, se hallan los microbios del grupo del a pleuroneumonía (PPLO), productores de enfermedades infecciosas en diferentes animales y el hombre, y que pueden ser cultivados in vitro, -22- BIOLOGIA 1
  • como cualquier otra bacteria. Estos agentes varían en diámetro entre 0.25 y 0.1 µm, por lo tanto, su tamaño corresponde al de algunos virus grandes. La importancia biológica de losa microorganismos citados radica en el hecho de que su masa vivientes mil veces menor que el tamaño promedio de una bacteria (diámetro= 1 µm) y un millón de veces menor que una célula eucarionte. El estudio de estos organismos elementales y de las bacterias en general es de interés para la biología celular, porque representa la simplificación extrema de las diversas modalidades reestructura y función que se encontrarán en las células superiores. Cianofitas. Son plantas microscópicas y unicelulares, pocas viven aisladas, pues la mayoría forman cenobios (reunidas en grupos) filamentos, laminares y globulosos. Algunas poseen además un pigmento azul, la ficocianina, que al estar en grupo, les da un color verde azulado muy característico. La mayoría de las cianofíceas son inmóviles, aunque algunos géneros como oscilatorias y spirulina, poseen movimientos muy característicos. Su respiración es aerobia, su nutrición autótrofa debido a la clorofila y su reproducción se efectúa por bipartición, carece de reproducción sexual. Son plantas cosmopolitas, viven principalmente en aguas dulces, pantanos, lagos estanques, piletas, aguas marinas, etc. Formando parte del plancton. Son abundantes en épocas calurosas, que a veces transmiten su coloración a las aguas en donde viven. Algunas especies no cianofíceas pueden vivir en lugares húmedos como en el suelo, rocas, corteza, muros, etc. Otras se asocian en simbiosis con algunos hongos y construyen ciertas especies de líquenes. Clasificación: Las cianofíceas comprenden dos géneros conocidos: 1). Oscilatoria. Viven flotando en la superficie de las aguas, formando capas de color azulado. Todas las células poseen idéntica estructura y desempeñan las, mismas funciones. Cada célula consta de membrana y protoplasma. La membrana o capsula de secreción es bien visible y, en su composición intervienen celulosa y sustancias pectinas. En el protoplasma reencuentran los pigmentos (clorofila y ficocianina) repartidos homogéneamente y, así mismo, reserva como glóbulos de grasa, corpúsculo proteicos y glicógeno. El centroplasma o cuerpo central, representa un núcleo incipiente que carece de membrana y nucleolo. En esta región se acumula la cromatina en forma de gránulos o bastoncitos, y en ocasiones se observa un retículo constituido de filamentos muy finos y refringentes. Las reservas también pueden encontrarse en este sitio. Oscilatorias no forman esporas, pero sus células deshidratadas resisten la épocas de sequía y el invierno, retornando a su vida normal al volver la primavera o época de lluvias. -23- BIOLOGIA 1
  • 2). Nostoc. Muy comunes en piletas, estanques, piedras bañadas por el agua, superficie de aguas estancadas, entre hiervas húmedas y en los suelos encharcados después de la lluvia. Muestran aspectos de masas gelatinosas globulosas de colores verde azulado y microscópicos, alcanzan desde 1 a 5 cm de diámetro. Las células en su mayoría son pequeñas mas o menos esféricas con estructuras semejantes oscilatoria. La conservación de la especie se logra por la formación de esporas. Al llegar las épocas poco propicias (invierno o sequías), se desintegran los cenobios quedando las esporas que, en una latente resisten meses y aun años. Cuando caen en medios apropiados, germinan y forman nuevos filamentos y masas gelatinosas. Comparación entre células procarióticas y eucarióticas CÉLULA PROCARIONTE CÉLULA EUCARIONTE CÉLULA ANIMAL CÉLULA VEGETAL 1. Tamaño Entre 0.5 y 5 µm de diámetro. Entre 5.0 µm y Entre 10 µm y 100 hasta 75 mm. µm. (Como es el caso del óvulo de avestruz) 2. Envoltura No posee envoltura nuclear, el Posee una Posee envoltura Nuclear ADN se encuentra disperso en envoltura nuclear nuclear definida, al el citoplasma. definida que igual que la célula contiene el DNA. eucarionte animal. Esta membrana tiene muchos poros para dejar entrar o salir cosas. 3. Nucleolos No posee nucleolos. Posee nucleolo Algunas veces más denso, para la posee mas de uno. síntesis de subunidades de ribosomas. 4. Cromosomas El ADN se organiza en un solo Posee más de 1 Posee más de 1 -24- BIOLOGIA 1
  • cromosoma. cromosoma, en cromosomas, en células de animales células vegetales superiores se se presenta en presenta en pares y pares y su número su número depende es fijo para cada de la especie a cual especie. corresponda. 5. Pared Celular Posee una pared celular rígida, No posee una Posee una pared protege frente a daños e pared celular. celular rígida hinchamiento osmótico. Está compuesta de constituida por polisacáridos. celulosa, lo que Se encuentra por dentro de la determina las cápsula o vaina y por fuera de formas la membrana plasmática, y geométricas que también es segregada por la encontramos en misma célula los tejidos vegetales, como el hexagonal observado en las células de la cubierta de las cebollas. 6. Organoides -Ribosomas (partículas -Aparato de Golgi -Aparato de Golgi formadas por proteínas y -Vacuolas -Vacuolas grandes ácidos nucleicos que sintetizan pequeñas proteínas). -Ribosomas -Ribosomas -Lisosomas -Lisosomas -Retículo -Los Retículos endoplasmáticos endoplasmáticos liso y rugoso liso y rugoso -Mitocondrias -Mitocondrias -Cloroplastos -Centríolos -25- BIOLOGIA 1
  • 7. Membrana Posee una membrana Posee una Posee una Plasmática plasmática, formada por una membrana membrana doble capa de lípidos y de plasmática, permite plasmática. Su proteínas, la cual tiene unos entrada o salida de forma se adapta a pliegues hacia el interior componentes la rigidez de la denominados mesosomas. mediante multitud pared celular. Rodea a la célula manteniendo de transportadores la individualidad. Hay muchos específicos. Así transportadores para meter o mismo tiene sacar moléculas. Además tiene muchos receptores la función de producir energía de señales. No está creando un gradiente de relacionada con la concentración para que cuando producción de se deshaga usar esa energía. energía. Para crear este gradiente se usa energía procedente de nutrientes o del sol. 3.3. Características de las células vegetales y animales. Las células animales y vegetales se parecen en que tienen membrana, citoplasma, núcleo, vacuolas y organelos celulares; pero las vegetales tienen unas estructuras que las animales no poseen. Además de la pared celular, las células vegetales presentan cloroplastos. Los cloroplastos contienen una sustancia verde llamada clorofila, que da ese color a las plantas, y es necesaria para realizar la fotosíntesis. Estructuras ¿Se encuentra en la célula vegetal? ¿Se encuentra en la célula animal? Membrana celular Sí Sí Pared celular Sí No Citoplasma Sí Sí Organelos celulares Sí Sí Núcleo Sí Sí Membrana nuclear Sí Sí Cromosomas Sí Sí Vacuolas Sí Sí Cloroplastos Sí No -26- BIOLOGIA 1
  • Célula vegetal Célula animal -27- BIOLOGIA 1
  • 3.4. Estructura y función de los componentes celulares. 1. Pared celular. Es una estructura rígida que solo poseen las células vegetales y algunas bacterias. Las células animales no tienen pared celular, solo membrana celular. Esta compuesta por materiales que elabora la célula. Estos materiales son: sales, minerales, ceras, celulosa y lignina. La ligninas forma unas redecillas que sirven como vasos, por esos vasos pasan agua y otras sustancias. La pared celular esta formada por tres capas: pared primaria, lámina media y pared secundaria 2. Membrana celular. Con el microscopio compuesto la membrana se ve como una línea que separa a la célula del exterior. También se observa que membrana esta formada por dos capas de proteínas. Entre estas se encuentran una capa de lípidos (grasas). La membrana envuelve a la célula, separándola del exterior, y envuelve también a los órganos celulares. 3. Citoplasma. El citoplasma esta rodeada por la membrana celular y, en su interior, se encuentran los organelos y las microestructuras de las células. Además, todas las células vegetales y de las bacterias tienen una pared celular que rodea a la membrana. -28- BIOLOGIA 1
  • Las partes de la célula que se encuentra en el citoplasma se dividen en dos grupos: A). Los organelos. Están rodeados por una membrana propia que los separa del citoplasma. Los organelos son: mitocondrias, plastos, lisosomas, complejo a aparato de golgi, vacuolas, retículo endoplásmico de superficie lisa, retículo endoplásmico de superficie rugosa, núcleo. a). Mitocondrias. Es un organelo celular solo presente en las células provistas de un núcleo definido. Se encuentran en el citoplasma. Esta compuesta químicamente por : lípidos, proteínas, enzimas, DNA, RNA y minerales. Las mitocondrias tienen formas de pequeñas salchichas o puros, y se tiñen de oscuro. Esta formada por dos membranas: una interna y otra externa. Estas también se llaman pared interna y pared externa. Las mitocondrias tienen una organización compleja. La pared o membrana interna de la mitocondria tiene un grosor de 6 a 8 nm, y casi siempre se extiende como proyecciones llamadas cresta hacia adentro a través de casi toda la cavidad interna del organelo. Puede haber muchas crestas. Estas aumentan mucho el área de superficie expuesta a la cavidad interior de la mitocondria y ofrecen amplio espacio para acomodar los ensambles enzimáticos. El espacio entre los pliegues que forman l cresta se les llama matriz. La matriz mitocondrial esta formada por un líquido que contiene enzimas y coenzimas. Las enzimas son proteínas y las coenzimas vitaminas. Las dos aceleran las reacciones químicas que suceden en la matriz mitocondrial. Las mitocondrias están relacionadas con respiración celular y convierten la energía la energía liberada por oxidación en energía de enlace de ATP o en energía para el trabajo osmótico en el movimiento de solutos a través de las membranas. La función de la mitocondria es parecida a la de una central eléctrica. Es la responsable de reproducir y almacenar la energía que la célula necesita. Obtiene la energía al convertir los lípidos, carbohidratos y proteínas en compuestos más simples. Este proceso se llama catabolismo. -29- BIOLOGIA 1
  • Gran parte de la energía liberada por el metabolismo se convierten en calor. Otra parte se convierte en una molécula que se llama ATP (trifosfato de anenosina). La energía en forma de calor se pierde porque no puede ser utilizada. El ATP almacena, en cambio, la energía en el catabolismo. La energía que almacena el ATP es usada después por la célula para construir substancias más complejas a partir de sustancias más simples. Este proceso se llama anabolismo. Este es exactamente lo contrario al catabolismo. b). Plastos. Se encuentran únicamente en las células vegetales, existen dos tipos: Leucoplastos: No tienen colorantes en su interior, no modificados por algún pigmento. Se encuentran en mayor abundancia en los tejidos profundos de los vegetales, siendo muy numerosos en las raíces y tallos subterráneos. Per ose pueden encontrar -30- BIOLOGIA 1
  • en otros órganos del vegetal: como las células sexuales, en las semillas, embriones y hasta en la epidermis de las hojas, tallos y flores. En las células jóvenes, en la sexuales y embrionarias, los leucoplastos adoptan formas de: granulaciones, esferitas, y bastoncitos. La única distinción precisa que se puede hacer, es que los leucoplastos tienen la propiedad de laborar almidón. Se originan los leucoplastos del condrioma, de la división de los ya existentes, siendo esta de manera irregular, obteniéndose fragmentos desiguales de los cloroplastos cuando pierden clorofila y de los cromoplastos, cuando en ellos desaparecen los pigmentos. Cromoplastos: Son plastos que se impregnan con los pigmentos rojo, amarillo y anaranjado; en relación a las coloraciones se encuentran en algunas raíces, flores y frutos. La coloración que tienen se debe a dos pigmentos: la xantofila de color amarillo y la carotina de color rojo anaranjado. Algunos cromoplastos adoptan formas: esféricas, ovoides, elípticas, lenticulares, discoidales, pero la mayoría de ellos tienen otra formas muy distintas y variadas: bastoncito, filamentos gruesos provistos de hinchamientos, huesos delgados o gruesos y con puntas delgadas, aguja, poliédricos, corpúsculos gruesos redondeados u ovoides y vesiculosos, etc. Los cromoplastos, además de provenir de la transformación del condrioma, se forman en abundancia a partir de los leucoplastos y a veces de los cloroplastos. -31- BIOLOGIA 1
  • Los cromoplastos más abundantes en la naturaleza son los cloroplastos. Los cloroplastos llamados también granos de clorofila, contienen un pigmento verde o llamado clorofila, sustancia características de las plantas verdes y la poseen la mayoría de los tallos, ramas y especialmente las hojas. A través de la clorofila las plantas desempeñan la función denominada fotosíntesis o función clorofílica. Los cloroplastos adoptan, en las distintas plantas, dimensiones y formas muy variadas: de banda en espiral, de pared, en placas, estrelladas, esférica, ovoide, elíptica, lenticular y discoidal. Los cloroplastos están formados por: 1. Membrana interna 2. Membrana externa 3. Granas 4. Estromas Las membranas internas y externas forman un saco que cubre el organelo. Las granas tienen la forma de una pila de monedas, y en su interior esta la clorofila. Lo que rodea y soporta a las granas se llama estroma. Gracias a la fotosíntesis, las plantas pueden sintetizar compuestos orgánicos a partir del agua, bióxido de carbono y luz solar, para obtener glúcidos, lípidos y prótidos. La fotosíntesis consta de dos pasos importantes: El primero es el de transformar la energía del sol en ATP. El segundo es la de sintetizar compuestos complejos a partir de CO 2, H2O y sales minerales. De este proceso se libera oxigeno. c). Los lisosomas. Son organelos celulares imitados por membranas que contienen enzimas Hidrolíticas. Suelen ser de menores dimensiones que las mitocondrias, el tamaño varía de entre 0.25 y 0.8 um. Con microscopios electrónicos, tienen forma de gránulos aislados densos. Se distinguen de las otras partículas citoplásmicas por su contenido de enzimas Hidrolíticas y fosfataza ácida. Los lisosomas se han observado en muchas células animales y estructuras similares, se han visto en las células vegetales. Como ya se dijo, en su interior se encuentran enzimas que aceleran los procesos químicos. Estas convierten las moléculas complejas en compuestos mas sencillos, las degradan. Esta acción de los lisosomas se llama lisis. -32- BIOLOGIA 1
  • La función del lisosoma es la de transformar las partículas sólidas que han entrado a la célula en compuesto que esta pueda utiliza. Cuando una bacteria es fagotizada por alguna célula, las enzimas de los lisotas son encargadas de dirigirla. Cuando una célula le falta alimento, el lisosoma los dirige al organismo celulares menos importantes Las enzimas de los lisosomas de célula como los glóbulos blancos, solas que dirigen a la bacteria que atrapan y fagocitan. Los lisosomas pueden origiase. A partir del retículo endoplásmico, del complejo de golgi o ambos. Están compuestos químicamente de lípidos, proteínas y enzimas hodroliticas. d). Aparato y complejo de golgi. Es un sistema de conductillos formado por varias capas de saco o membranas comunicadas entre si, pareciendo a una pila de monedas o tortillas (cisterna) pero casi siempre liso y desprovisto de ribosomas. El aparato de golgi se encuentra en casi todas las células eucarióticas, pero quizás es más prominente en las células de los vertebrados que en las de los invertebrados y las plantas. El aparato de golgi se encuentra cerca del núcleo y tiene dos caras; una cara “mira” al núcleo de la célula; la segunda cara hacia la membrana celular. Se ha observado que las proteínas sintetizadas por el retículo endoplásmico rugoso, llegan a la cara inmadura del aparato de golgi; allí se agregan carbohidratos para -33- BIOLOGIA 1
  • formar una glico-proteína; después se desprende del aparato de golgi una vesícula que lleva esta glico-proteína hasta la membrana celular y su contenido es secretado al exterior. Se ha visto que las células especializadas en la secreción de sustancias. Contienen abundante aparato de golgi. En resumen, podemos identificar que las funciones del aparato ge golgi son: 1). Secreción de sustancias celulares. 2). Producción de azucares complejos y 3). Regeneración de la membrana celular. e). Retículo endoplasmico o endoplasmático. Esta organizado en una redecilla de cavidades con límites membranosos delgados que, según las diferentes condiciones fisiológicas varían mucho en el tamaño y forma. De su composición química contiene: lípidos, proteínas, agua y enzimas. Se llama retículo porque algunas de sus imágenes en el microscopio óptico se parecen a una red. Y endoplasmico porque esta en el interior del citoplasma. El retículo endoplasmatico se diferencian en porción lisa y rugosa. -34- BIOLOGIA 1
  • Es rugosa, porque en la superficie del retículo endoplásmico se encuentran unas partículas o “granos”, llamadas ribosomas. Es lisa, cuando en el retículo endoplasmico no posee ribosomas en su superficie. El retículo endoplasmico rugoso esta parcialmente desenrollado en las células que producen proteínas, como enzimas y secreciones glandulares para excreción. La membrana del retículo endoplásmico liso contiene enzimas que participan en la síntesis de esteroles, fosfátidos, triglicéridos y otros lípidos y, por lo tanto, desempeñen una parte activa en el metabolismo de lípidos. De lo anterior se puede indicar que la función del retículo endoplasmico es almacenar y sintetizar proteínas formada por los ribosomas; también almacenan lípidos y otros productos del citoplasma, conducción de materiales, colección de productos de actividades sintéticas y conexión de células a través de plasmodesmos. f). Vacuolas. Es un organelo que esta compuesto químicamente de agua, azúcares, ácidos orgánicos, proteínas, sales, oxígeno, CO2 y pigmentos. Son cavidades parecidas a burbujas llenas de un líquido acuoso y rodeado de membrana vacuolar de estructura análoga a la de la membrana plasmática. Las vacuolas son comunes en las células vegetales y en la de los animales inferiores, pero raras en las superiores. En la de los animales inferiores, disponen de vacuolas alimenticias en las cuales tiene lugar la digestión y vacuolas contráctiles, los cuales, absorben agua procedente del citoplasma y después la expulsan hacia el medio circundante. La es una célula vegetal madura, ocupa en general 50% del volumen celular (en los casos extremos hasta 90%) La función principal de la vacuola es la segregación de desechos y solutos. Facilita el intercambio de gases y mantiene la turgencia celular. -35- BIOLOGIA 1
  • g). Núcleo. Es un organelo que se encuentra en el centro de la célula. Por lo general es de forma esférica y ovoide, aunque también existen los cilíndricos cuando las células se alargan y estrechan; lenticulares, cuando existen vacuolas en el citoplasma que hacen presión sobre el núcleo y lo aplastan. La función es dirigir los procesos de la célula. Es quien ordena a la célula el tipo de proteína que debe de producir. También tiene la información hereditaria que transmitirá a las células hijas. Esta compuesto químicamente por proteínas, enzimas, lípidos, calcio, magnesio, agua, además de poseer los ácidos nucleicos: el ARN (ácido ribonucleico) y ADN (ácido desoxirribonucleico). Las partes principales de un núcleo completo son: 1. Membrana nuclear. 2. Material genético: Cromatina y cromosoma. 3. Jugo nuclear. 4. Nucleolo. -36- BIOLOGIA 1
  • 1. Membrana nuclear: es una fina película semejante a un aspecto físico a la membrana plasmática. Resulta probablemente de la condensación del jugo nuclear al contacto con el citoplasma. Separa al núcleo del citoplasma celular y preside los cambios de sustancias entre el uno y el otro. Se considera constituida, en su mayor parte, por una sustancia proteica llamada anfiperina. -37- BIOLOGIA 1
  • 2. El material genético. Se encuentra dentro del núcleo del acido desoxirribonucleico (DNA). El DNA a veces esta enrollado, y otras, esta disperso. Cuando la célula esta en reposo, es decir, cuando no esta en proceso de división, el DNA esta disperso formando cromatina. Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se enrolla formando los cromosomas; estos, contienen en su interior las unidades hereditarias conocidas como genes. La cromatina es la parte del núcleo que se considera de mayor significación e importancia, recibe este nombre por tener gran avidez por los colorantes. Se presenta en forma de granulación teñidos de oscuro y también como una red irregular de filamentos. La cromatina, llamada también nucleína, es una sustancia proteica muy compleja, en cuya constitución toman parte principal los ácidos nucleicos. Los cromosomas, como ya se dijo, reconstituyen durante el proceso de división celular (cariocinesis), en los cuales se encuentran representados los caracteres hereditarios que se transmiten, de una célula a otra y de un organismo, a otros que de ellos se deriven. -38- BIOLOGIA 1
  • 3. Jugo nuclear. Es la sustancia semilíquida contenida en el núcleo. Su constitución física y química es muy semejante a la del citoplasma, aunque parece en ciertos casos, ser menos denso que este, por lo que se hace visible en muchas células vivas con el aspecto de una vesícula clara. El jugo nuclear pertenece a las partes del núcleo que no se tiñen. Contienen algunas enzimas. 4. El nucleolo. Es una microestructura que hemos descrito anteriormente. La función del núcleo, es dirigir los procesos de la célula. Es quien ordena a la célula el tipo de proteínas que debe producir. También tienen la información hereditaria que transmitirá a la célula hija. Por lo tanto, el núcleo es indispensable en toda célula, en donde desempeña funciones importantísimas relacionadas con los procesos de la reproducción y nutrición celular. -39- BIOLOGIA 1
  • h). Citoplasma. Es la parte fundamental viva de una célula, es homogénea, una sustancia mucosa, parecida a la clara de huevo, mucilaginosa, viscosa, transparente e incolora, semilíquida, inmiscible en el agua, de mayor densidad y refringencia que esta. Esta delimitada exteriormente por una membrana plasmática (plasmalema) e interiormente por una membrana vacuolar. Las células normales y sanas de ordinario se encuentran en un estado de turgencia (aparentemente demasiado llenas), en tal forma que el citoplasma esta comprimido estrechamente contra la pared celular. El citoplasma de una célula típica esta en movimiento continuo. Con más frecuencia parece que el citoplasma circula alrededor llenando en si a los organelos. En la parte interna del citoplasma a los organelos y a las microestructuras. La elaboración, almacenamiento y digestión de los alimentos se lleva a cabo en el citoplasma. Aunque ciertos alimentos pueden ser almacenados en la vacuola o en la pared celular. La respiración, es en gran parte función del citoplasma interviniendo especialmente las mitocondrias La formación de la sustancia viviente se lleva acabo en el citoplasma como en el núcleo, desempañando cada uno su propio papel. Muchas de las enzimas citoplásmicas se forman en asociaciones con los ribosomas fijados al retículo endoplasmico, mientras que otras se forman en asociación con ribosomas libres en el citoplasma. El acomodo final de muchas de las diversas clases de productos citoplásmicos (en especial de los carbohidratos que intervienen en la formación de la pared celular) aparentemente se efectúa n los cuerpos de golgi. La entrada y salida de agua y de sustancias disueltas de la célula esta controlada, en parte, por las membranas plasmáticas y vacuolar, y en parte, por el tipo y cantidad de las partículas disueltas y coloidales, tanto del jugo celular como del citoplasma. -40- BIOLOGIA 1
  • B). Las microestructuras. No tienen membrana propia. Se encuentran en contacto directo con el citoplasma. Las microestructuras son: centriolos, cilios y flagelos, ribosomas y nucleolo. a). Centriolo. Se encuentra en el citoplasma de las células animales, cerca del núcleo. Casi siempre hay dos centriolos en cada célula. En las células vegetales esta otra estructura diferente que cumple la misma función, y se llama casquete polar. Los centriolos tienen forma de un cilindro teñido de oscuro, y cada cilindro esta formado por muchos tubitos más pequeños que se llaman microtubulos. Orientados longitudinalmente. Los centriolos intervienen en el proceso de división celular, durante la mitosis y meiosis, formando el uso acromático sobre el cual se alinean los cromosomas. También sirven como centro de control para el movimiento de cilios y flagelos. b). Cilios y flagelos. Son microestructuras de la célula que sobresalen de la membrana celular. La igual que los centriolos están formados por microtúbulos. Los cilios son cortos y muy abundantes, parecidos a pestañas cortas; en cambio los flagelos son largos y menos numerosos en forma de látigos. Los cilios y flagelos son estructuras de locomoción, cumplen la función de transportar a las células de un lugar a otro. Por ejemplo el espermatozoide se mueve porque tienen un flagelo que lo impulsa. Muchos microorganismos unicelulares se mueven gracias a sus cilios como el paramecium. En otras células, los cilios sirven para empujar partículas. Por ejemplo, los cilios de las células del aparato respiratorio, empujan el moco para que puedan salir del cuerpo. En algunas otras, utilizan sus cilios para capturar partículas de alimentos. -41- BIOLOGIA 1
  • Cilios Flagelos Movimiento celular -42- BIOLOGIA 1
  • c). Los ribosomas. Son pequeños corpúsculos compuestos por ácidos ribonucleicos (ARN) y proteínas. Son partículas de dimensiones macromoleculares, opacos a los electrones (10 a 25 mm). Son elaborados en el núcleo de la célula y se encuentran en el retículo endoplásmico, dándole la apariencia rugosa. La función del ribosoma es la de formar o sintetizar proteínas, la información para formarlas, las recibe del núcleo mediante una molécula llamada ARN mensajero (ARNm). El ARN llena las instrucciones sobre el tipo de proteínas que debe formar la célula. d). Nucleolo. Es una microestructura que se encuentra dentro del núcleo. Esta formado por ARN, ADN y proteínas. A microscopio se ve de forma generalmente esférica u ovoide, oscura y refringente, dentro del núcleo de la célula. Aunque a veces pueden adoptar formas: poliédricas, en listón y alargadas. En las células animales y vegetales se observa constantemente un solo nucleolo; aunque en la mayor parte de los vegetales el número no es fijo y varía de 1 a 3 en cada núcleo. Químicamente están constituidos los nucleolos por una sustancia proteica llamada pirenina, y en ciertos casos se asocia a la cromatina. Se conoce poco su función. Los científicos creen que interviene en la elaboración de los ribosomas y de reserva de material cromosómico. -43- BIOLOGIA 1
  • 3.5. Teoría celular. Dos alemanes, Matthias Scheleiden, botánico, y Theodoro Schwwann, zoólogo, formularon en 1838 la generalización que desde entonces ha llegado a constituir la teoría celular. Los cuerpos de todas las plantas y animales están formados de células. Solo pueden aparecer nuevas células por división de las preexistentes, idea emitida por primera vez en 1855 por Virchow. Todas las células que viven actualmente remotan a los tiempos mas antiguos, fue señalado por August Weimann en 1880. La teoría celular incluye el concepto de que la célula es la unidad fundamental, tanto de función como de estructura, el fragmento representativo más diminuto que ostenta todas las características de las cosas vivas. Cada célula contiene un núcleo y esta rodeada de una membrana plasmática. los glóbulos rojos del mamífero pierde su núcleo durante la maduración. En tanto que los músculos estriados poseen varios núcleos. En las plantas y animales más simples, toda la materia viva se encuentra dentro de una sola membrana plasmática. Estos organismos pueden considerarse unicelulares, o sea de una sola célula o acelulares, en el sentido de que su cuerpo no esta dividido en células. Pero pueden presentar alta especialización de forma y función dentro de esta célula única, que además puede ser muy grande, mayor que todo el cuerpo de algunos organismos multicelulares. Puesto en ambiente adecuado, una simple célula crece y termina dividiéndose para formar dos células. Es fácil encontrar un medio que permita el crecimiento y multiplicación de plantas unicelulares; para muchas basta una gota de agua de charco. Es más difícil preparar un medio que permita el desarrollo y división de células precedente del cuerpo de un hombre, un pollo o una salamandra. El primero en lograrlos fue el zoólogo americano Ross Harrison, quien pudo cultivar células de salamandra en un medio artificial fuera del organismo humano. A partir de entonces se ha cultivado en un medio in Vitro muchas variedades de células vegetales y animales, lo que ha permitido numerosos descubrimientos en fisiología celular. 3.6. Mitosis y meiosis y sus repercusiones. La reproducción en las células esta dada en tres funciones: a). RELACION: Esta función permite la interacción con el medio ambiente, y se basa en movimientos internos (ciclosis) o externos (tropismos, taxismos). Ciclosis: Movimiento circulatorio que se produce en el citoplasma por cambios de estado y por acción del citoesqueleto ante estímulos externos. Tropismos: Son movimientos de orientación en el crecimiento de las células vegetales hacia o en contra de un estímulo externo (Ejemplo: fototropismo positivo en hojas y negativo en raíces). Taxismos: Son movimientos de traslación de células animales producido por cilias, flagelos o ameboidales como respuesta a estímulos. -44- BIOLOGIA 1
  • b) REPRODUCCIÓN: Es la propiedad de engendrar organismos similares o iguales asegurando la supervivencia de la especie. Puede ser por mitosis (La célula madre origina 2 células con igual número de cromosomas) o por meiosis (La célula madre origina 4 células con la mitad del número cromosómico). c) NUTRICIÓN: Es un conjunto de funciones para obtener materia y energía por intercambio con el ambiente. En heterótrofos, las funciones son: ingestión, digestión, asimilación, excreción, respiración y circulación. En autótrofos, son: fotosíntesis, respiración y circulación. Heterótrofos: Ingestión: La célula incorpora materia por endocitosis, y se forma una vacuola alimenticia. Digestión: Un lisosoma primario se acerca a la vacuola alimenticia, se fusionan sus membranas, y se forma un lisosoma secundario. Allí las enzimas digestivas desdoblan las moléculas complejas en simples. Circulación: Por la digestión, las proteínas se desdoblan en aminoácidos, los lípidos en ácidos grasos y los hidratos de carbono en monosacáridos. Las moléculas simples ya pueden ser asimiladas, y para ello deben circular por medio de la ciclosis. Excreción: Las sustancias no asimilables se acumulan en vacuolas o se fusionan con la membrana plasmática, y por exocitosis expulsan su contenido. Respiración: Se produce gracias a la materia y energía obtenidas de los alimentos digeridos. Es el proceso por el cual la glucosa es oxidada CO2 y H2O en presencia de O2, con liberación de energía. Comprende 3 etapas: Glucósis: Se realiza en el citoplasma donde hay enzimas que degradan parcialmente la glucosa, liberando energía (ATP). Ciclo de Krebs: Ocurre en la matriz mitocondrial por una acción enzimática. Se produce liberación de CO2 y energía. Cadena respiratoria: Se produce en las crestas mitocondriales donde hay enzimas que forman la cadena respiratoria. Finalmente, la glucosa es degradada totalmente. Autótrofos: Fotosíntesis: Los vegetales elaboran glucosa a partir de agua, sales CO2 y energía luminosa captada por la clorofila. Los cloroplastos están formados por tres membranas los tilacoides se apilan formando granas dentro de la matriz, y la clorofila está en la superficie interna de los tilacoides. La fotosíntesis se realiza en el parénquima clorofiliano de las plantas y consta de 2 etapas: lumínica (se realiza en los tilacoides en presencia de luz) y oscura (no necesita luz y ocurre en la matriz). Fase lumínica: La energía lumínica es captada por la clorofila y transformada en energía química. La energía química se almacena en compuestos como el ADP que al incorporar energía se transforma en ATP. La energía del ATP se utiliza para -45- BIOLOGIA 1
  • romper la molécula de agua y separarla en H2 y O2, proceso de hidrólisis. El O2 sale por los estomas y el H2 queda detenido en un compuesto que actúa como aceptor de H2. Fase oscura: Se utiliza la energía acumulada en el ATP, el cual cede un ácido fosfórico y origina ADP, liberando energía. Los aceptores ceden el H2 que se combina con el CO2 usando energía del ATP. Esa combinación origina glucosa. Este proceso se llama ciclo de Calvin. A partir de la glucosa se originan azúcares (almidón y sacarosa) o lípidos (que se acumulan en oleoplastos) o proteínas (en proteoplastos). El transporte de estas sustancias se realiza por el floema. Circulación: Responde a la teoría tenso-ccheso-transpiratoria. El agua entra en la raíz por ósmosis, atraviesa la epidermis (rizodermis), pasa al parénquima cortical, y luego entra en el xilema, que se encargará de distribuir el agua las sales a toda la planta. Para que el agua ascienda requiere de cohesión de sus moléculas que se unen formando columnas, las cuales permanecen unidas e todo su recorrido por los vasos del xilema. Cuando la planta transpira por los estomas, se genera un vacío temporario en los vasos xilemáticos que sufren una tensión que hacen ascender la columna de agua. El floema es otro tejido conductor compuesto por células vivas y paralelo al xilema, que transporta la glucosa desde la hoja hasta el resto del vegetal (camino adverso del xilema). 1. Mitosis Es la división celular que consiste en que a partir de una célula madre se obtienen 2 células hijas, genéticamente idénticas a ella. Se produce en cualquier célula eucarionte, ya sea diploide o haploide y como mantiene invariable el número de cromosomas, las células hijas resultarán diploides, si la madre era diploide o haploide. La división del citoplasma se llama citocinesis, y la división del núcleo, cariocinesis. Algunas células no realizan mitosis y permanecen en un estado interfásico, pero otras la realizan frecuentemente (células embrionarias, células de zonas de crecimiento, células de tejidos sujetos a desgaste.). Función: Crecimiento y desarrollo del organismo multicelular, y la regeneración de tejidos expuestos a destrucción de células. En unicelulares, cumple la función de reproducción asexual. Cada mitosis está precedida por una interfase, donde se produce la duplicación del material genético. Actúa como un mecanismo que asegura que cada célula hija reciba la misma información genética. Etapas: Profase, Prometafase, Metafase, Anafase y Telofase. a). PROFASE: La cromatina se condensa para formar los cromosomas y los 2 centríolos migran a polos opuestos organizando un sistema de microtóbulos (aparato mitótico) para permitir la migración de los cromosomas. El aparato mitótico está constituido por: Centríolos: Están rodeadas por el centrosoma. A medida que cada centríolo migra, tiene un hijo y cuando llega al polo se ven 2. -46- BIOLOGIA 1
  • Ásteres: Conjunto de microtóbulos cortos que se extienden desde cada centríolo. Huso acromático: Tiene forma de ovoide y formado por muchos microtóbulos sin ramificaciones. Cada cromosoma está constituido por 2 cromátidas unidas por el centrómero. La envoltura nuclear se desorganiza y sus fragmentos no se distinguen del retículo endoplasmático. Desaparece el nucleolo. b). PROMETAFASE: Los cromosomas condensados migran hacia la placa ecuatorial del huso acromático. c). METAFASE: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial, y cada uno están unido por su centrómero a una fibra del huso acromático. d). ANAFASE: Las 2 cromátidas de cada cromosoma se separan por fisión del centrómero y se dirigen hacia polos opuestos. El movimiento de los cromosomas hijos hacia los polos se debe a un acortamiento de las fibras cromosómicas y se alargan las fibras interzonales. e). TELOFASE: El huso mitótico y los ásteres se desorganizan. Alrededor de cada grupo cromosómico se organiza una envoltura nuclear a partir del retículo endoplasmático y de la envoltura original. Los cromosomas se dispersan y retoman el aspecto de cromatina que tenían antes de iniciarse la división. Los nucleolos reaparecen a partir de sus organizadores. Estos terminan la división nuclear, también llamada cariocinesis, a la que sigue la división del cuerpo de la célula se le conoce como Citocinesis: La división del citoplasma se produce junto con la telofase. Se produce un surco en la membrana plasmática, producido por un anillo de mocrofilamentos unidos a ella. Las 2 células hijas se separan, distribuyéndose el haloplasma y los organelos de un modo equitativo. Cuando no ocurre citocinesis luego de la cariocinesis, los dos núcleos quedan en el mismo citoplasma y resulta una célula binucleada. División en células vegetales: No hay centríolos ni ásteres pero se organiza el huso acromático. Citocinesis: el citoplasma se divide mediante un tabique, que se forma por la agrupación de microtóbulos y vesículas. Las vesículas crecen, se ordenan y se funden entre sí originando la placa celular. Finalmente se arman las paredes celulares a partir de celulosa, hemicelulosa y pectina. -47- BIOLOGIA 1
  • 2. Meiosis Es un proceso de reducción cromática por el que los cromosomas se reducen a la mitad. En la meiosis I (etapa reduccionaria) se reduce el número diploide de cromosomas a la mitad (haploide) pero aún los cromosomas son dobles. En la meiosis II (etapa ecuacional) se mantiene el número cromosómico haploide conseguido en la etapa anterior. Los cromosomas son simples. Meiosis I: Está precedida por una interfase durante la cual se duplica el material genético. a). PROFASE I: La envoltura nuclear y el nucleolo se desorganizan, los centríolos migran a polos opuestos, duplicándose y se ordena el huso acromático. Se divide en 5 etapas: Leptonema, Cigonema, Paquinema, Diplonema y Diacinesis. b). PROMETAFASE I: Los cromosomas migran al plano ecuatorial de la célula. c). METAFASE I: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial. Los 2 cromosomas del bivalente se unen por medio del centrómero a la misma fibra del uso acromático. -48- BIOLOGIA 1
  • d). ANAFASE I: Los 2 cromosomas homólogos unidos a la misma fibra del huso se repelen y migran a polos opuestos. Cada cromosoma está formado por 2 cromatimas. e). TELOFASE I: Cuando los cromosomas llegaron a los polos, se desorganizan el huso acromático y los ésteres, se reorganizan la envoltura nuclear y los nucleolos y se constituyen los núcleos hijos. Citocinesis: Se produce simultáneamente con la telofase, y da como resultado 2 células hijas con un número haploide de cromosomas. Intercinesis: Es un período que tiene lugar entre la meiosis I y II y no se realiza duplicación del ADN. Meiosis II: Los procesos de esta división son semejantes a los de una mitosis en una célula haploide. a). PROFASE II: Se condensan los cromosomas, se desintegran los nucleolos, los centríolos migran a los polos y se duplican, formación del huso acromático y se desorganiza la envoltura nuclear. b). PROMETAFASE II: Los cromosomas condensados migran a la placa ecuatorial de la célula. c). METAFASE II: Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial, y cada cromosoma se une a una fibra del huso acromático. d). ANAFASE II: Se fusiona el centrómero y se separan las 2 cromátidas de cada cromosoma. Cada una migra a un polo diferente. e). TELOFASE II: Los grupos cromosómicos llegan a los polos, el huso acromático se desorganiza, se reorganizan la envoltura nuclear y el nucleolo, se dispersan los cromosomas y se transforman en cromatina. Citocinesis: Separación de los citoplasmas de las células hijas. El proceso meiótico parte de una célula diploide que da como resultado 2 haploides, y a partir de éstas dos (meiosis II) se obtienen 4 haploides. Meiosis, variabilidad genética y evolución La reproducción sexual introduce una importante proporción de variaciones genéticas. Cuanto mayor sea la diversidad de gametos formadas en cada progenitor, mayor será la probabilidad de originar combinaciones diferentes por fecundación, y mayor será la diversidad de los descendientes. Una célula diploide, con 2 pares de cromosomas homólogos, originará por meiosis 4 gametos haploides (uno de la madre y otro del padre). En la Metafase I se va a determinar en qué sentido migrarán en la Anafase I. Hay dos opciones: Puede ocurrir que los 2 cromosomas paternos migren juntos a un polo y los dos maternos al opuesto. Puede ocurrir que migren al mismo polo el cromosoma materno del par homólogo y el paterno del par homólogo. Los otros cromosomas, migran al polo opuesto. -49- BIOLOGIA 1
  • Por ejemplo, la gameto génesis es un proceso meiótico que tiene la finalidad de producir células sexuales o gametos, los cuales, como ya sabemos, son haploides y participan en el proceso de reproducción. Este proceso se efectúa en el interior de las gónadas y se inicia en células sexuales no diferenciadas y diploides, que en los animales se llaman espermatogonias y ovogonias. La gametogénesis humana se inicia en la etapa de pubertad, que en el hombre se alcanza aproximadamente entre los 10 y 14 años de edad y se le denomina espermatogénesis. En la mujer, la producción de gametos u ovogénesis se inicia al tercer mes del desarrollo fetal y se suspende en profase I de leptoteno, esta meiosis se reinicia entre los 10 y 12 años de edad, que es cuando presentan primer ciclo menstrual. Espermatogénesis Humana Los espermatozoides se forman en el interior de los testículos, específicamente dentro de los túbulos seminíferos. Las paredes de estos túbulos se encuentran tapizados de espermatogonias, las cuales, por meiosis, se transforman en espermatozoides. La espermatogénesis, tiene una duración de aproximadamente 74 días y se efectúa en tres etapas: -50- BIOLOGIA 1
  • 1. Crecimiento de la espermatogonia 2. Meiosis y 3. Metamorfosis de las células resultantes Descripción de la espermatogénesis: La espermatogonia entra en un período de crecimiento que dura aproximadamente 26 días y se transforma en un espermatocito de primer orden. El espermatocito de primer orden entra a la primera división meiótica originando dos espermatocitos de segundo orden. Los espermatocitos de segundo orden entran a la segunda división meiótica y originan cuatro células haploides llamadas espermatidas. Cada espermátida entra a un proceso de metamorfosis o diferenciación llamado espermiogénesis y se convierten en espermatozoides. El paso de espermatocito primario hasta espermatozoide maduro requiere de 48 días. -51- BIOLOGIA 1
  • El espermatozoide está compuesto esencialmente por la cabeza, donde se aloja la información genética que será transmitida a los hijos, el cuerpo, que sirve de ensamble entre la cola y la cabeza, la cola, que le otorga movilidad y le permite trasladarse por el aparato reproductor femenino en busca del óvulo y la pieza terminal. Ovogénesis Humana Los óvulos se forman en el interior de los ovarios, a partir de células sexuales no diferenciadas llamadas ovogonias; el proceso empieza desde el tercer mes del desarrollo fetal e incluye dos etapas: crecimiento de la ovogonia y meiosis Descripción de la Ovogénesis: La ovogonia entra en un período de crecimiento que dura aproximadamente 7 días y se transforma en un ovocito de primer orden. El ovocito de primer orden entra a la primera división meiótica originando dos células, una grande llamada ovocito de segundo orden y una pequeña que denomina primer glóbulo polar. Tanto el ovocito de segundo orden como el primer glóbulo polar, entran a la segunda división meiótica y originan lo siguiente: * El ovocito de segundo orden forma dos células llamadas: ovotidia u óvulo y segundo glóbulo polar. * El primer glóbulo polar se divide en dos células llamadas: segundos glóbulos polares. -52- BIOLOGIA 1
  • La ovotidia u óvulo es un gameto funcional y es más grande que los glóbulos polares porque en ella se concentra la mayor parte del material de reserva o vitelo, comúnmente conocido como yema. Este material de reserva es importante para los organismos ovíparos ya que su desarrollo embrionario depende de ello; para el humano no lo es tanto, ya que los nutrientes necesarios para su desarrollo los obtiene directamente de la madre. Los glóbulos polares, a pesar de que tienen la misma información genética que la ovotidia, no funcionan como gametos y son reabsorbidos por el organismo. Diferencias entre espermatogénesis y ovogénesis Se acumula mayor cantidad de material nutritivo durante la ovogénesis que en la espermatogénesis. Las células resultantes de la ovogénesis presentan tamaños diferentes debido a que el material nutritivo no se distribuye equitativamente. En la ovogénesis se produce un gameto funcional, mientras que en la espermatogénesis se producen cuatro gametos funcionales. Durante la formación de los espermatozoides, se requiere un proceso de diferenciación para obtener gametos funcionales, lo cual no sucede durante la ovogénesis. La ovogénesis se inicia al tercer mes del desarrollo intrauterino; la espermatogénesis hasta que el hombre llega a la pubertad. 3.6.1. Cromosomas y sus características. Cuando se examina una célula en división con el microscopio ordinario después de fijada y teñida, podrá distinguirse en el núcleo unos cuerpos alargados teñidos de oscuro llamados cromosomas. Cada cromosoma consta de un filamento central, el cromonema, al que acompañan, a lo largo, una sucesión de gránulos a los que se les ha dado el nombre de cronómeros. Cada cromosoma posee, en un punto filo a lo largo de su trayecto, una pequeña zona circular clara, llamada centrómero, el cual regula el movimiento de los cromosomas durante la división celular. A medida que el cromosoma se acorta y engruesa, inmediatamente antes de la división de la célula, la región del centrómero se acentúa y aparece como una construcción. Los cromosomas solo son claramente visibles con microscopios de luz en el momento de la división celular. En otras ocasiones solo son visibles como largos filamentos delgados y finos, con un tinte oscuro, llamado cromatina. Cada célula de cualquier organismo de todas las especies contiene un número característico de cromosomas. Cada célula del hombre posee exactamente 46 cromosomas. Hay otras especies de animales y vegetales cuyas células van también provistas de 46 cromosomas. Pero no es su número lo que diferencia las diversas especies animales, si no la naturaleza de los factores hereditarios dentro de los cromosomas. Ciertas especies de lombrices cilíndricas únicamente tienen dos cromosomas en cada célula, en tanto ciertos cangrejos albergan mas de 200. los cromosomas se presentan siempre emparejados, de modo que invariablemente se -53- BIOLOGIA 1
  • les ve de dos en dos de la misma clase en las células somáticas de animales y vegetales superiores. Así, los 46 que corresponden a la especie humana, consisten realmente en 23 pares distintos. La diferencia consiste en la longitud, forma y ocurrencia de nudos y muescas; en casi todas las especies las variaciones de estos caracteres morfológicos suelen ser suficientes para que los citólogos identifiquen plenamente los diferentes pares. Genes y alelos Dentro de cada cromosoma se encuentran numerosos factores hereditarios, llamados genes, cada uno de ellos difieren del resto, cada uno con la misión de controlar uno o más caracteres hereditarios. La gran regularidad del proceso mitótico asegura que cada célula hija tendrá dos de cada serie de cromosomas y, por lo tanto dos de cada tipo de genes. Al separarse los cromosomas en la meiosis y recombinarse en la fecundación, los genes pares deberán separarse y sucesivamente volver a una nueva recombinación. Los miembros de un par homologo de cromosomas presentan genes dispuestos en un orden similar. El gen de cada carácter esta situado en un punto especial del cromosoma llamada locus. Cuando los cromosomas se sinapsan durante la meiosis los homólogos adhieren punto por punto y quizás gen por gen. La herencia de un carácter puede únicamente estructurarse si es antitético, como los guisantes verdes y amarillos de Mendel, los ojos pardos y azules del hombre. Estos rasgos de contraste son heredados y en forma tal que un individuo puede poseer uno u otro pero no ambos, y se denominaron originalmente como caracteres alelomórficos o simplemente alelos. Como vemos cada gen es una molécula de ADN en el cual se halla almacenada la información biológica en forma de un código de tripletos seriados de nucleótidos constituyendo la doble hélice de la molécula de ADN. La información de cada gen es leída y, en consecuencia, se sintetiza una proteína específica. La presencia de una proteína específica, una enzima por ejemplo, constituye la base química del carácter. La configuración de un individuo con respecto a cierto rasgo heredado se reconoce como su fenotipo. La constitución genética de un organismo, generalmente expresada con símbolos, se llama su genotipo. El fenotipo puede ser morfológico forma, tamaño, color) o fisiológico como la presencia o ausencia de una enzima específica necesaria para el metabolismo de un sustrato específico. 3.7. Técnicas de estudio de las células. Cuando hablamos de técnicas de estudio de las células estamos hablando de la citología y la forma en que estudiamos esto. Citología: Parte de la biología que estudia la célula y sus funciones. Dentro de estas técnicas existen 3 que son las más importantes y que tienen mayor importancia en este estudio de las células, haciéndose indispensables para cualquier tipo de estudio hoy en día. Estas 3 técnicas de estudio son las siguientes: -54- BIOLOGIA 1
  • 1. Microscopia: - Microscopia óptica. - Microscopia electrónica. 2. Fraccionamiento celular o división celular. 3. Citoquímica. 1). Microscopia: Consiste en el uso básicamente de microscopios, estos son de 2 tipos, los ópticos (microscopia óptica) y los electrónicos (microscopia electrónica). La microscopia como tal consiste en el aumento del objeto a observar, dado que el ojo humano tiene un poder de resolución de 0,1 mm (100 m), y las células tienen tamaños inferiores. Definiciones de conceptos y características de sus formas de uso: Microscopio: Un microscopio es cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos, estos son usados para cualquier tipo de cosas que deseemos ver más detalladamente, que nuestros ojos no sean capaz de observar con detección o que simplemente no podamos ver. Existen 2 tipos de microscopios con diferentes funciones, además de tener diferente formas de empleo: a). Microscopio óptico (microscopia óptica): Utiliza luz visible y lentes ópticas para aumentar la imagen. Su poder de resolución puede llegar a 0,2 m , con lo que un objeto puede ser ampliado un máximo de 1500 veces. Permite la observación de células vivas. Este es el microscopio mas usado, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2.000 veces. El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto que es examinado. Las lentes de los microscopios están puestas de forma que el objeto que se desee examinar se encuentre en el punto focal del ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las longitudes focales de los dos sistemas de lentes. El equipamiento adicional de un microscopio óptico consta de un armazón con un soporte que sostiene el material examinado y de un mecanismo que permite acercar y alejar el tubo para enfocar la muestra. Los especimenes o muestras que se examinan con un microscopio son transparentes y se observan con una luz que los atraviesa, y se suelen colocar sobre un rectángulo fino de vidrio. El soporte tiene un -55- BIOLOGIA 1
  • orificio por el que pasa la luz. Bajo el soporte se encuentra un espejo que refleja la luz para que atraviese el espécimen. El microscopio puede contar con una fuente de luz eléctrica que dirige la luz a través de la muestra. La fotomicrografía, que consiste en fotografiar objetos a través de un microscopio, utiliza una cámara montada por encima del ocular del microscopio. La cámara suele carecer de objetivo, ya que el microscopio actúa como tal. Petrografía de una roca La luz polarizada permite analizar esta muestra de roca lunar recogida por la misión Apolo 11. Los diferentes colores representan diferentes composiciones minerales. Los microscopios que se utilizan en entornos científicos cuentan con varias mejoras que permiten un estudio integral del espécimen. Dado que la imagen de la muestra está ampliada muchas veces e invertida, es difícil moverla de forma manual. Por ello los soportes de los microscopios científicos de alta potencia están montados en una plataforma que puede moverse con tornillos micrométricos. Algunos microscopios cuentan con soportes giratorios. Todos los microscopios de investigación cuentan con tres o más objetivos montados en un cabezal móvil que permite variar la potencia de aumento. Microscopios ópticos especiales: Hay diversos microscopios ópticos para funciones especiales. Uno de ellos es el microscopio estereoscópico, que no es sino un par de microscopios de baja potencia colocados de forma que convergen en el espécimen. Estos instrumentos producen una imagen tridimensional. - El microscopio de luz ultravioleta utiliza el rango ultravioleta del espectro luminoso en lugar del rango visible, bien para aumentar la resolución con una longitud de onda menor o para mejorar el detalle absorbiendo selectivamente distintas longitudes de onda de la banda ultravioleta. Dado que el vidrio no transmite las longitudes de onda más cortas de la luz ultravioleta. Además, dado que la radiación ultravioleta es invisible, la imagen se muestra con fosforescencia en fotografía o con un escáner electrónico. El microscopio de luz ultravioleta se utiliza en la investigación científica. - El microscopio petrográfico se utiliza para identificar y estimar cuantitativamente los componentes minerales de las rocas ígneas y las rocas metamórficas. Cuenta con un prisma de Nicol u otro tipo de dispositivo para polarizar la luz que pasa a través del espécimen examinado. Otro prisma Nicol o analizador determina la polarización de la luz que ha pasado a través del espécimen. El microscopio tiene un soporte giratorio que indica el cambio de polarización acusado por el espécimen. - El microscopio en campo oscuro utiliza una luz muy intensa en forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. El campo de visión del objetivo se encuentra en la zona hueca del cono de luz y sólo recoge la luz que se refleja en el objeto. Por ello las porciones claras del espécimen aparecen como un fondo oscuro y los objetos minúsculos que se están analizando aparecen como una luz brillante sobre el fondo. Esta forma de iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos transparentes y sin manchas, invisibles con iluminación normal. -56- BIOLOGIA 1
  • - El microscopio de fase ilumina el espécimen con un cono hueco de luz, como en el microscopio en campo oscuro. Sin embargo en el microscopio de fase el cono de luz es más estrecho y entra en el campo de visión del objetivo, que contiene un dispositivo en forma de anillo que reduce la intensidad de la luz y provoca un cambio de fase de un cuarto de la longitud de onda. Este tipo de microscopio es muy útil a la hora de examinar tejidos vivos, por lo que se utiliza con frecuencia en biología y medicina. - Entre los microscopios avanzados se encuentran el microscopio de campo cercano, con el que pueden verse detalles algo menores a la longitud de onda de la luz. Se hace pasar un haz de luz a través de un orificio diminuto y se proyecta a través del espécimen a una distancia equivalente a la mitad del diámetro del orificio, formando una imagen completa. b). Microscopio electrónico (microscopia electrónica): Utiliza haces de electrones y lentes electromagnéticas, consiguiendo un poder de resolución de 100 Å (1Å = 10-10m), ampliando un objeto hasta 250.000 veces, que mediante tratamiento óptico ó digital puede llegar hasta el millón de aumentos. La potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. El microscopio electrónico utiliza electrones para iluminar un objeto. Dado que los electrones tienen una longitud de onda mucho menor que la de la luz pueden mostrar estructuras mucho más pequeñas. La longitud de onda más corta de la luz visible es de alrededor de 4.000 ángstroms (1 ángstrom es 0,0000000001 metros). La longitud de onda de los electrones que se utilizan en los microscopios electrónicos es de alrededor de 0,5 ángstroms. Todos los microscopios electrónicos cuentan con varios elementos básicos. Disponen de un cañón de electrones que emite los electrones que chocan contra el espécimen, creando una imagen aumentada. Se utilizan lentes magnéticas para crear campos que dirigen y enfocan el haz de electrones. El sistema de vacío es una parte relevante del microscopio electrónico. Los electrones pueden ser desviados por las moléculas del aire, de forma que tiene que hacerse un vacío casi total en el interior de un microscopio de estas características. Por último, todos los microscopios electrónicos cuentan con un sistema que registra o muestra la imagen que producen los electrones. Tipos de Microscopios Electrónicos: - El microscopio electrónico de transmisión (TEM): Dirige el haz de electrones hacia el objeto que se desea aumentar. Una parte de los electrones rebotan o son absorbidos por el objeto y otros lo atraviesan formando una imagen aumentada del espécimen. Para utilizar un TEM debe cortarse la muestra en capas finas, no mayores de un par de miles de ángstroms. Se coloca una placa fotográfica o una pantalla fluorescente detrás del objeto para registrar la imagen aumentada. Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de veces. - El microscopio electrónico de barrido (SEM): Crea una imagen ampliada de la superficie de un objeto. No es necesario cortar el objeto en capas para observarlo, sino que puede colocarse en el microscopio con muy pocos preparativos. El SEM -57- BIOLOGIA 1
  • explora la superficie de la imagen punto por punto. Su funcionamiento se basa en recorrer la muestra con un haz muy concentrado de electrones, de forma parecida al barrido de un haz de electrones por la pantalla de una televisión. Los electrones del haz pueden dispersarse de la muestra o provocar la aparición de electrones secundarios. Los electrones perdidos y los secundarios son recogidos y contados por un dispositivo electrónico situado a los lados del espécimen. Cada punto leído de la muestra corresponde a un píxel en un monitor de televisión. Cuanto mayor sea el número de electrones contados por el dispositivo, mayor será el brillo del píxel en la pantalla. A medida que el haz de electrones barre la muestra, se presenta toda la imagen de la misma en el monitor. Los microscopios electrónicos de barrido pueden ampliar los objetos 100.000 veces o más. Este tipo de microscopio es muy útil porque, al contrario que los TEM o los microscopios ópticos, produce imágenes tridimensionales realistas de la superficie del objeto. Microscopio electrónico de barrido, está situado a la izquierda del operador, y las imágenes computerizadas de la muestra se ven en la pantalla de la derecha. Aunque un microscopio electrónico de transmisión puede resolver objetos más pequeños que uno de barrido, este último genera imágenes más útiles para conocer la estructura tridimensional de objetos minúsculos. Su transmisión (STEM): Combina los elementos de un SEM y un TEM, y puede mostrar los átomos individuales de un objeto. El microanalizador de sonda de electrones, un microscopio electrónico que cuenta con un analizador de espectro de rayos X, puede analizar los rayos X de alta energía que produce el objeto al ser bombardeado con electrones. Dado que la identidad de los diferentes átomos y moléculas de un material se puede conocer utilizando sus emisiones de rayos X, los analizadores de sonda de electrones no sólo proporcionan una imagen ampliada de la muestra, como hace un microscopio electrónico, sino que suministra también información sobre la composición química del material. 2. Fraccionamiento Celular: Consiste en la rotura de las células mediante un proceso osmótico, ultrasonidos, lisis enzimática ó de manera mecánica, y posteriormente una centrifugación que concentrará en diversas fases a los distintos orgánulos según su tamaño, con lo que se obtendrán separadamente, permitiendo más fácilmente su estudio. También se le denomina a esto DIVICION CELULAR. La división Celular: La división celular es el proceso por el cual el material celular se divide entre dos nuevas células hijas. En los organismos unicelulares esto aumenta el número de individuos de la población. En las plantas y organismos multicelulares es el procedimiento en virtud del cual crece el organismo, partiendo de una sola célula, y también Las células en división pasan a través de una secuencia regular de crecimiento y división, conocida como ciclo celular. El ciclo consiste en una fase G1, durante la cual las moléculas y estructuras citoplasmáticas aumentan; una fase S durante la cual los cromosomas se duplican; una fase G2, durante la cual comienza la condensación de los cromosomas y el ensamblaje de las estructuras especiales requeridas para la mitosis y la citocinesis; la mitosis, durante la cual los cromosomas duplicados son distribuidos entre dos núcleos hijos; y la citocinesis, durante la cual el citoplasma se -58- BIOLOGIA 1
  • divide, separando a la célula materna en dos células hijas. Las tres primeras fases del ciclo celular se conocen, colectivamente como interfase. La regulación del ciclo celular ocurre tardíamente en la fase G1, y puede implicar la interacción de diversos factores. Las fases de la mitosis son convencionalmente cuatro: Profase, metafase, anafase y telofase. De ellas la profase es la más larga. Si una división mitótica ocurre en diez minutos, por lo menos 6 minutos se tarda la célula en Profase. En la Profase los centríolos se separan. Entre los pares de centríolos, formándose a medida que estos se separan, están los microtúbulos que se transforman en las fibras polares del huso. Para el final de la Profase los cromosomas están completamente condensados y no están separados del citoplasma. Durante la metafase temprana, los pares de cromátidas se mueven dentro del huso, aparentemente conducidos por las fibras del huso, como si fueran atraídos por un polo y luego por el otro. Finalmente los pares de cromátidas se disponen en el plano medial de la célula. Esto señala el final de la metafase. Al comienzo de la anafase, la etapa más rápida de la mitosis, los centrómeros se separan simultáneamente en todos los pares de cromátidas. Luego se separan las cromátidas de cada par y cada cromátida se transforma en un cromosoma separado, siendo ambas cromátidas atraídas, aparentemente hacia polos opuestos por las fibras del cinetocoro. Al iniciarse la telofase, los cromosomas alcanzan los polos opuestos y el huso comienza a dispersarse. Luego se forman sendas envolturas nucleares que se vuelven a formar alrededor de los dos conjuntos de cromosomas, que una vez más se vuelven difusos. En cada núcleo reaparecen los nucleolos. 3). Citoquímica: Mediante las reacciones coloreadas, las enzimáticas ó de inmunofluorescencia se averigua la composición bioquímica de las estructuras celulares, su localización y su funcionamiento. Las reacciones enzimáticas: - Son específicas y controladas - Dependen de factores como: temperatura, pH y la presencia de sales - Son difíciles de ver a simple vista Inminofluorescencia: La inmunofluorescencia es una técnica de laboratorio y su exactitud puede variar dependiendo del anticuerpo específico que se está investigando y del laboratorio que la esté aplicando. Se corta una porción congelada del hígado de un ratón (u otras substancias) y se coloca en una laminilla portaobjeto de un microscopio, luego una pequeña cantidad de suero sanguíneo de la persona (parte líquida de la sangre que contiene los anticuerpos) se coloca sobre la sustancia y se lava. Un medio de contraste (fluoresceína) que se ha enlazado químicamente a los anticuerpos anti-humanos del conejo se aplica y se lava. Finalmente el anticuerpo del conejo enlazado a la fluoresceína y algunos anticuerpos humanos se enlazan, permitiendo que los grupos de medios de contraste sean visibles bajo el microscopio (prueba positiva). -59- BIOLOGIA 1
  • 3.8. Niveles de organización. Los primeros organismos vivos que surgieron en la tierra fueron las células. Después de mucho tiempo los organismos unicelulares se desarrollaron para formar gran variedades de especie. El éxito de supervivencia se debió a la adaptación al medio ambiente de la tierra. La adaptación obligó alas células a ser más complejas y aumentar de tamaño. Esto quiere decir que debido al tamaño tuvieron la capacidad de almacenamiento de alimento, realizar más funciones y generar más energía, tener mayor división interna del trabajo y no depender de las condiciones ambientales. Pero a media que la célula creció, las dificultades también. Cuando una célula crece, aumenta en mayor proporción el volumen de la superficie, por lo cual, el alimento que es capaz de absorber puede llegar a ser insuficiente para sus necesidades. Esto hace que el organismo se mantenga dentro de unas determinadas proporciones que le permita conservar un equilibrio entre sus necesidades alimenticias y su capacidad de absorción. Así, la velocidad con que los alimentos pueden entrar a una célula esta en relación directa con la superficie expuesta al medio ambiente, en cambio, las necesidades de alimento están en relación directa con el volumen. Si una célula siguiera creciendo, rápidamente llegaría el momento en que no podría alimentarse a si misma por su tamaño. Se presentan entonces dos alternativas. 1. Adoptar una forma alargada o aplanada. Esto le permitiría aumentar su superficie al mismo ritmo que su volumen. 2. Para seguir evolucionando seria seguir con su forma esférica y su tamaño pequeño, agrupándose otras células para lograr con esto aumentar la superficie externa. Al llegar el punto de evolución, las células se unieron entre si, pero conservando la capacidad de separarse en cualquier momento y hacer vida propia. A los grupos de células que se mantienen unidos, conservando cada célula su forma y estructura original, se les llama colonias celulares. A esta tendencia de las células vegetales de unirse después de la división celular para tener mayor oportunidad de sobrevivir se llama: agregación celular (mecanismo por el cual algunos tipos de células, después de dividirse permanecen unidas). Cada célula puede vivir aisladamente y todas las de la colonia son exactamente iguales. Debido a la dificultad que algunas células tenían al contacto con el ambiente por no estar expuestas dentro de la colonia se volvieron “inútiles”, en cambio se encontraban las que se encontraban mas expuestas y podía realizar algún tipo de proceso. Así es como algunas células se van especializando dentro de la colonia y se van haciendo diferentes a las otras. A esto se le llama: diferenciación celular (proceso por -60- BIOLOGIA 1
  • el cual las células se van haciendo diferentes a otras y van especializándose en alguna función) sin duda es la forma de organización de la vida mas adelantada. 3.8.1. Tejidos vegetales. 1). Tejido meristemático. Los tejidos meristemáticos están formados de células pequeñas de pared delgada con núcleos grandes, sin vacuolas o, en todo caso, pocas. Su principal función consiste en crecer, dividirse y diferenciarse en todos los demás tipos de tejidos. La planta embrionaria al principio de su desarrollo esta formada enteramente de meristemo, conforme crece, casi todo el meristemo se diferencia en otros tejidos , pero aun en el árbol adulto hay regiones de meristemo que permiten el crecimiento continuo. Los tejidos meristemáticos se encuentran en partes de la planta que crece activamente (extremo de las raíces y tallos, y cambium). El meristemo de las puntas de raíces y tallos llamado meristemo apical, explica el aumento de longitud, de estas partes, y el meristemo del cambium, llamado meristemo lateral, permite el aumento de diámetro de tallos y raíces. 2). Tejido protector. Esta formados por células de paredes gruesas para protegerlas subyacentes de paredes delgadas contra la desecación o las lesiones mecánicas. La epidermis de las hojas y la capa de corcho de tallos y raíces son ejemplos de tejidos protectores. La epidermis de la hoja secreta una substancia cérea impermeable al agua llamada cutina, que disminuye la pérdida de agua por la superficie de la hoja. En la superficie de las hojas se encuentran células epidérmicas especializadas, llamadas células de protección, dispuestas en paredes alrededor de cada pequeña abertura, denominada estoma, en el interior de la hoja. La presión de turgencia en la célula protectora regula el tamaño del estoma y la velocidad con que penetran el oxigeno, el bióxido de carbono y el vapor de agua en la hoja o salen de ella. -61- BIOLOGIA 1
  • Algunas células epidérmicas de las raíces poseen excrecencias llamadas pelos radiculares, que aumenta la superficie de absorción de agua y sustancia disuelta en el suelo. Los tallos y las raíces también están cubiertos por capas de células de corcho producidas por un cambium de corcho especial, otro meristemo lateral. Las células de corcho se encuentran muy apretadas unas a otras, sus paredes celulares contienen otra sustancia impermeable al agua, la suberina. Puesto que la suberina impide la entrada de agua a las propias células de corcho, estas viven poco, por lo que todas las células de corcho maduras son células muertas. -62- BIOLOGIA 1
  • 3). Tejidos fundamentales. Forman la gran masa de cuerpo de la planta. Incluida las partes blandas de la hoja, el meollo y corteza de tallos y raíces, y las partes blandas de flores y frutos; sus principales funciones son la producción y almacenamiento de alimentos. El tejido fundamental más sencillo, el parénquima, esta formado de células de pared delgada y una capa fina de citoplasma en torno a una vacuola central. 3.8.2. Tejidos animales. 1). Tejidos epiteliales. Los epitelios están formados de células en capa continua que cubre la superficie corporal y reviste cavidades internas. Puede tener una o varias de las siguientes funciones: Protección, absorción, secreción y sensación. Los epitelios del cuerpo protegen las células profundas contra lesiones mecánicas, sustancias químicas nocivas, bacterias y la desecación. El epitelio del tubo digestivo absorbe los alimentos y el agua. Hay otros epitelios que secretan una amplia gama de sustancias como productos de desecho o para su utilización en otra región del cuerpo. Finalmente puesto que el órgano esta cubierto de epitelio en su totalidad, es evidente que todos los estímulos sensitivos deben ser recibidos por estos tejidos. Son ejemplos de tejidos epiteliales la capa externa de la piel, el revestimiento del tubo digestivo, el de las vías aéreas y pulmones, y los tubulos renales. Los tejidos epiteliales se dividen en 6 subclases de acuerdo con su forma y función. a). Epitelio plano. Esta formado de células aplanadas en forma de losas o torta. Se encuentra en la superficie de la piel y la mucosa de la boca, esófago y vagína. -63- BIOLOGIA 1
  • b). Epitelio cuboide. Esta formado por células cuboides, cuya forma recuerda un dado, son casos de los tubulos renales. c). Epitelio cilíndrico. Son células alargadas, como pilares o columnas, lo contiene el estomago e intestino. d). Epitelio ciliado. Son células cilíndricas que poseen cilios en su superficie labre. Estas pequeñas superficies citoplasmáticas se pulsan rítmicamente y desplazan material en una dirección. Es el caso del sistema respiratorio, donde expulsan partículas de polvo, así como otras sustancias extrañas. e). Epitelio sensitivo. Esta formado por células especializadas en la recepción de estímulos. Por ejemplo las células que revisten las fosas nasales (epitelio olfativo donde se asienta el sentido del olfato). -64- BIOLOGIA 1
  • f). Epitelio glandulares. Poseen células que tienen como función la secreción de sustancias como leche, cerumen o sudor. 2). Tejido conectivo. Comprende hueso, cartílagos, tendones, ligamentos y tejido conectivo fibroso. Sostiene y mantiene junta las demás células del organismo. Las células llevan a cabo sus funciones indirectamente, secretando una sustancia inerte llamada matriz, dedicada al sostén y conexión mencionados. En el tejido conectivo fibroso, su matriz es una red gruesa y complicada de fibras microscópicas secretadas por células del tejido conectivo y rodeando a éstas. Se encuentran en todo el organismo, con la función de unir la piel a los músculos, mantener las glándulas en posición y afianzar otras muchas estructuras. Los tendones y ligamentos son variedades especializada de tejido conectivo fibroso. Los tendones no son elásticos, sino como cables flexibles que unen los músculos unos a otros a los huesos. Los ligamentos son ligeramente elásticos y unen un hueso con otro. El esqueleto de sostén de los vertebrados está formado de cartílago o de hueso. El cartílago es el esqueleto de sostén durante las fases embrionarias de todos los vertebrados, pero en el adulto esta reemplazado por hueso, salvo en tiburones y mantarrayas. En el cuerpo humano puede apreciarse el cartílago en la estructura profunda del pabellón de la oreja y en la punta de la nariz. Es duro, pero elástico. Las células óseas vivas secretan una matriz ósea que tienen sales de calcio y proteínas, principalmente colágena. Las sales cálcicas de la matriz del hueso lo hacen muy duro y la colágena evita que el hueso se vuelva frágil. La densa matriz ósea permite al esqueleto sostener el peso del cuerpo. Contrariamente a lo que parece, el hueso no es una estructura sólido, poseen cavidad en su mayoría. -65- BIOLOGIA 1
  • 3. Tejido muscular. Constituido por células alargadas cilíndricas o fusiformes, las células musculares hacen trabajo mecánico al contraerse, en cuyo acto se acortan o se ensanchan. En el cuerpo humano hay tres tipos de músculos: estriados, lisos y cardiaco. a). Músculo estriado. Representa las grandes masas musculares unidas a los huesos del cuerpo (a veces se le llama músculo esquelético). Sus células son extraordinariamente largas, 2 o 3 centímetros de longitud. Tienen un solo núcleo, se encuentran en la pared periférica, inmediatamente debajo de la membrana celular. Los músculos estriados pueden contraerse rápidamente, pero no siguen contraídos. Se llaman también músculo voluntario, porque se encuentran bajo el dominio de voluntad. S localizan en las extremidades, vientre, cara, espalda etc. b). Músculo liso. Se encuentra en las paredes del tubo digestivo y otros órganos internos. Se llaman involuntarios, aunque tienen movimiento debido a estímulos. c). Músculo cardiaco. Forma las paredes del corazón. Su estructura celular es parecida al estriado. Son músculos involuntarios, la voluntad no actúa sobre él. Presentan bandas transversas microscópicas alternas, claras y oscuras, denominadas estriaciones. Esta también la presentan los estriados. -66- BIOLOGIA 1
  • 4. Sangre. Comprende glóbulos rojos y blancos, una parte líquida sin células, el plasma. Las células rojas (Eritrocitos) de los vertebrados contienen el pigmento hemoglobina, que pueden combinarse fácilmente en forma reversible con el oxigeno. El oxigeno combinado como oxihemoglobina es transportado a las células corporales por los glóbulos rojos. Los glóbulos rojos de los mamíferos son discos bicóncavos aplanados, sin núcleo; los otros vertebrados son células más típicas de forma oval, con núcleo. En la sangre del hombre hay cinco tipos diferentes de glóbulos blancos (linfocitos, monolitos, neutrófilos, eosinófilos y basófilos). Los glóbulos blancos no contienen hemoglobina, pero pueden desplazarse, e incluso deslizarse a través de las paredes de los vasos sanguíneos y penetrar en los tejidos corporales para aprisionar bacterias. La parte líquida de la sangre, el plasma, transporta muchos tipos de substancias de una parte del cuerpo a otra. Las plaquetas son pequeños fragmentos rotos de células voluminosas que existen en la médula ósea. Intervienen en la coagulaci ón de la sangre. Leucocitos y eritrocitos Plaquetas 5. Tejido nervioso. Esta compuesto de células llamadas neuronas, especializadas en conducir impulsos nerviosos electroquímicos. Una neurona posee una parte dilatada, el cuerpo celular, dentro del cual encontramos el núcleo, y dos fibras nerviosas delgadas (a veces más), parecidas a pelos que se extienden a partir de dicho cuerpo celular. Las fibras nerviosas están formadas por citoplasma, y cubiertas por membranas plasmáticas, varían de ancho desde unas cuantas micras hasta 30 ó 40 micras, y de longitud desde un milímetro o dos a más de un metro. Las hay, en el hombre, que van desde la médula espinal hasta el extremo del brazo o pierna, con mas de un metro de longitud. Las neuronas están unidas en cadenas, lo que permite el envío de impulsos sobre distancias considerables en el organismo. Las fibras nerviosas del sistema nervioso periférico están rodeadas de una vaina celular, el neurilema. En algunas fibras nerviosas estas células secretan un envoltorio espiral de material aislante grasoso. La mielina. Entre las células de neurilema hay espacios, los nodos de Ranvier, donde la fibra no esta cubierta de mielina. -67- BIOLOGIA 1
  • Se conocen dos tipos de fibras nerviosas: los axones y dendritas. Los axones conducen impulso nervioso alejándose del cuerpo celular. Las dendritas hacia el cuerpo celular. La unión entre el axon de una neurona y la dendrita de la siguiente se llama sinapsis. Esta sirve de válvula para impedir el flujo retrógrado de impulsos. 6. Tejido reproductor. Esta formado por células modificadas para producir la aparición de nuevos individuos – óvulos en la hembra y espermatozoides en el macho. Los óvulos suelen ser esféricos u ovales, sin movilidad. Los huevos de casi todos los animales, con excepción de los mamíferos superiores, poseen gran cantidad de yema, que representa el alimento del organismo en desarrollo. Las células espermáticas, son bastante menores que los óvulos; han permitido casi todo su citoplasma, pero poseen una cola que les sirve de medio de locomoción. La forma del espermatozoide varía, según la especie animal. Espermatozoide Ovulo -68- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD IV. Fisiología y metabolismo celular. 4.1. Respiración celular. La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azucares y los ácidos, principalmente. Comprende dos fases: en la primera se oxida la glucosa (azúcar) y no depende del oxigeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaeróbica o glucólisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula. La segunda fase se realiza con la intervención del oxigeno y recibe el nombre de respiración aeróbica o ciclo de krebs y se realiza en estructuras especiales de la célula llamadas mitocondrias. 4.1.1. Ciclo de Krebs y transporte de electrones. Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía. Este proceso, que se lleva a cabo por la acción de siete enzimas, es conocido también por ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El ciclo de Krebs ocurre en todos los animales, plantas superiores y en la mayoría de las bacterias. En los organismos que tienen células con núcleo, el ciclo tiene lugar dentro de un orgánulo membranoso que se llama mitocondria, una estructura que se compara a menudo con la central de producción de energía de la célula. El descubrimiento del ciclo es obra de sir Hans Adolf Krebs, un bioquímico británico que presentó este importante avance científico en 1937. Los alimentos, antes de poder entrar en el ciclo del ácido cítrico, deben descomponerse en pequeñas unidades llamadas grupos acetilo. Cada grupo acetilo (CH3CO) contiene sólo dos átomos de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno. Al comienzo del ciclo, un grupo acetilo se combina con una molécula con cuatro átomos de carbono llamada oxalacetato, para producir un compuesto con seis átomos de carbono: el ácido cítrico. En los restantes pasos del ciclo, la molécula de ácido cítrico se transforma, y pierde dos de sus átomos de carbono, que salen en forma de dióxido de carbono. Así mismo, se liberan también cuatro electrones. Estos viajan dentro de la célula gracias a una serie de moléculas transportadoras, la cadena transportadora de electrones, en la que se produce energía en forma de una molécula rica en energía llamada trifosfato de adenosina, o ATP, antes de reaccionar con el oxígeno para formar agua. Un producto adicional del ciclo es otra molécula con gran contenido energético, llamada trifosfato de guanosina, o GTP. La célula utiliza estas moléculas, el ATP y el GTP, como combustible en muchos procesos. Otra molécula usada como combustible, el fosfato de creatina, puede servir también para proveer de energía extra a las células del cerebro y de los músculos. La molécula original de oxalacetato se regenera al final del ciclo. Esta molécula puede reaccionar entonces con otro grupo acetilo y comenzar el ciclo de nuevo. En cada giro del ciclo se produce energía. El ciclo de Krebs es una vía eficaz para convertir, dentro de la célula, los componentes de los alimentos en energía utilizable. En el ciclo, sólo se destruyen los grupos acetilo; tanto las siete enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones, -69- BIOLOGIA 1
  • como los compuestos intermedios sobre los que actúan, pueden volver a utilizarse una y otra vez. Muchos de los compuestos intermedios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de aminoácidos, hidratos de carbono y otros productos celulares. -70- BIOLOGIA 1
  • Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs empieza y acaba con la combinación de la acetil coenzima A (acetil Co A) y el oxalacetato para formar ácido cítrico. Este compuesto ácido tiene seis átomos de carbono y experimenta una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas que separan dos de estos átomos. Las enzimas también modifican la estructura del compuesto, que se transforma en oxalacetato al final del ciclo. Éste se combina a continuación con la acetil Co A para iniciar de nuevo la cadena de reacciones. Cada ciclo genera una molécula de ATP rico en energía (que se forma por liberación de cuatro electrones) y otra de GTP. 4.1.2. Fermentación: síntesis anaeróbica de ATP (glucólisis o respiración anaerobia) Ruta bioquímica principal para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo. Una ruta se refiere a una secuencia específica de reacciones catalizadas por enzimas que transforman un compuesto en otro biológicamente importante. La glicolisis se caracteriza porque, si está disponible, puede utilizar oxígeno (ruta aerobia) o, si es necesario, puede continuar en ausencia de éste (ruta anaerobia), aunque a costa de producir menos energía. Glucosa La glucosa es un hidrato de carbono. Desde el punto de vista químico, estos compuestos se definen como derivados aldehídos o cetonas de alcoholes polihidroxílicos o los compuestos que los producen cuando se hidrolizan. El azúcar glucosa es el más importante. La mayor parte de los hidratos de carbono de la dieta se descomponen en glucosa y otros azúcares simples que son absorbidos por la mucosa intestinal. El hígado convierte estos otros azúcares sencillos, como la -71- BIOLOGIA 1
  • fructosa, en glucosa. En el organismo, todos los hidratos de carbono pueden sintetizarse a partir de glucosa. La glucosa es un azúcar sencillo que se denomina monosacárido porque no puede descomponerse en otro más simple. Se llama hexosa porque contiene seis átomos de carbono y es un azúcar aldosa porque tiene un grupo aldehído. Por tanto, es un monosacárido aldohexosa. La fórmula estructural de su cadena en línea recta puede explicar algunas de sus propiedades; pero la estructura cíclica es termodinámicamente más estable y explica todas sus propiedades químicas. Los niveles de glucosa en la sangre y en los tejidos están estrictamente regulados. El exceso se almacena en el hígado y los músculos en forma del hidrato de carbono polisacárido llamado glucógeno. La ruta de la glicolisis Al estudiar los cambios bioquímicos que se producían durante la contracción muscular se observó que cuando un músculo se contrae en ausencia de oxígeno (de forma anaerobia), se utiliza el glucógeno y aparecen como productos finales el piruvato y el lactato. Sin embargo, si la contracción ocurre en presencia de oxígeno (de forma aerobia), no se acumula lactato y el piruvato es oxidado completamente hasta dióxido de carbono y agua. En base a estas observaciones, se adoptó la costumbre de distinguir las fases aerobia y anaerobia en el metabolismo de los hidratos de carbono. Pero esta distinción es arbitraria, puesto que las reacciones con o sin oxígeno son las mismas, diferenciándose únicamente en el punto hasta el que se producen y, por tanto, en los productos finales. La coenzima esencial NAD (dinucleótido de adenina y nicotinamida) es necesaria para un paso de conversión enzimática en la formación del piruvato. Cuando el oxígeno es deficiente, esta coenzima sólo puede regenerarse por la reoxidación del NADH durante la producción de lactato a partir de piruvato. Esto es debido a que las centrales eléctricas de las células, las mitocondrias, sólo pueden utilizar NADH en presencia de oxígeno, produciendo NAD, energía (como moléculas de trifosfato de adenosina o ATP) y agua. La glicolisis puede continuar en condiciones anaerobias con la formación de lactato y la regeneración de NAD, pero a cambio de producir menos energía por molécula de glucosa metabolizada. Secuencia de reacciones en la glicolisis En conjunto, la ecuación de la glicolisis para producir lactato es la siguiente: Glucosa + 2 ADP (adenosina difosfato) + 2 Fosfato ð 2 Lactato + 2 ATP (adenosina trifosfato) + 2 H2O Aunque las etapas intermedias implicadas son muchas y complejas, una visión simplificada podría describir el proceso como: 1. La incorporación inicial de dos grupos fosfato dentro de la molécula de glucosa de seis átomos de carbono. Los grupos fosfato los proporcionan dos moléculas de ATP, mediante la utilización de energía. -72- BIOLOGIA 1
  • 2. El compuesto intermedio de seis átomos de carbono que se forma, fructosa 1,6 bifosfato, se rompe en dos compuestos más simples, con tres átomos de carbono cada uno. 3. Estos compuestos de tres átomos de carbono, fosfato de dihidroxiacetona y gliceraldeído-3 fosfato, son cada uno metabolizados para dar piruvato, en una vía con numerosos pasos intermedios. Durante este proceso, cada uno de los compuestos de tres átomos de carbono produce dos moléculas de ATP (cuatro en total), con lo que se genera una ganancia neta de dos moléculas de ATP, ya que dos moléculas de ATP se utilizaron en la etapa 1. Además, se producen dos moléculas del cofactor intermediario NADH, las cuales pueden ser oxidadas bajo condiciones aerobias, en una ruta separada que rinde seis moléculas de ATP. De esta forma, la glicolisis puede producir seis moléculas de ATP por cada molécula de glucosa cuando hay oxígeno disponible, pero sólo dos moléculas de ATP bajo condiciones deficitarias de oxígeno. 4. Las dos moléculas de piruvato resultantes pueden ser utilizadas por el ciclo mitocondrial del ácido cítrico después de convertirse en acetil-CoA, produciendo otras 30 moléculas de ATP. En resumen, se pueden producir un total de 36 moléculas de ATP mediante el metabolismo completo de una molécula de glucosa bajo condiciones aerobias, pero sólo dos moléculas de ATP bajo condiciones anaerobias. 5. Por último, una de las moléculas intermediarias de tres átomos de carbono, el gliceraldeído-3 fosfato puede, en una reacción lateral, convertirse en 2,3 bifosfoglicerato, un compuesto que ayuda a la hemoglobina de los glóbulos rojos sanguíneos a descargar el oxígeno en los tejidos. Importancia biomédica La glicolisis es la principal ruta para el metabolismo de la glucosa, y conduce a la producción del compuesto intermediario acetil-CoA. Éste se oxida en el ciclo del ácido cítrico, produciendo energía en forma de ATP. También es la vía principal para el metabolismo de los otros azúcares simples de la dieta, fructosa y galactosa. La capacidad de la ruta de la glicolisis para funcionar con ausencia de oxígeno es de crucial importancia fisiológica, ya que proporciona ATP y permite a los músculos esqueléticos contraerse con extrema rapidez aun cuando el aporte de oxígeno resulte insuficiente. Ciertos tejidos, como el músculo esquelético, con una notable capacidad glucolítica, pueden resistir la anoxia (falta de oxígeno). Al contrario, el músculo cardiaco, con sus numerosas mitocondrias y su abundante aporte de sangre, está adaptado a una función aerobia. Tiene una capacidad glicolítica relativamente pobre, por lo que resiste poco la anoxia. Existen algunas enfermedades que hacen que las enzimas de la ruta glicolítica presenten una actividad deficiente. Se manifiestan principalmente como anemias hemolíticas (causadas por la destrucción de los glóbulos rojos de la sangre), ya que los glóbulos rojos dependen principalmente de la energía que se produce en la glicolisis, para hacer frente a las demandas de energía necesaria para el mantenimiento de la integridad estructural. En los cánceres en los que las células malignas se multiplican y crecen rápidamente, la proporción glicolítica es, a menudo, tan grande como la que se requiere para la producción de energía mediante el ciclo -73- BIOLOGIA 1
  • del ácido cítrico en la mitocondria. Como consecuencia estas células producen piruvato, que se convierte en lactato. De esta forma, la zona donde se localiza el tumor es relativamente ácida (el lactato es ácido), un hecho que puede tener importancia para el tratamiento del cáncer. Un exceso similar de lactato puede ser debido a otras circunstancias, tales como una deficiencia de la enzima piruvato deshidrogenasa, que metaboliza el piruvato. Esta enzima también puede ser inhibida por los iones del arsénico y del mercurio, y por una deficiencia de tiamina (vitamina B1). Esto tiene importancia clínica, como en el caso de los alcohólicos con carencias nutricionales que a menudo presentan deficiencia de tiamina. Si reciben grandes cantidades de glucosa (por ejemplo, mediante goteo intravenoso), pueden desarrollar una rápida acumulación de piruvato que provocará una acidosis láctica, que con frecuencia resulta mortal. 4.2. Fotosíntesis. Una de las características esenciales de la vida es el consumo de energía, ya que todos los procesos vitales sólo se producen si disponen de ella. Todos los vegetales obtienen esa energía de la luz solar. En ellos, el proceso de captación y transformación de dicha energía en compuestos biológicamente aprovechables (“alimento-energía”) se denomina fotosíntesis. Las plantas poseen un compuesto de color verde llamado clorofila (pigmento fotosintético) que tiene la capacidad de absorber energía de la luz solar y cederla para la elaboración (síntesis) de hidratos de carbono (almidón) a partir de dos compuestos disponibles en el medio: agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Este proceso fotoquímico produce además, oxígeno (02) que es liberado a la atmósfera y tiene fundamental importancia para la vida en general, ya que permite cumplir el proceso respiratorio. En símbolos la fotosíntesis se expresa: luz CO2 + H2O -------------- (CH2O)n + O2 Dióxido de carbono Agua clorofila Hidrato de carbono Oxígeno Compuesto Energético El almidón producido representa una materia prima fundamental para la vida de los vegetales ya que, conjuntamente con los nutrientes obtenidos del suelo, permiten cumplir los complejos procesos químicos y biológicos que permiten su existencia. Dado que los vegetales (productores) representan el primer eslabón de las cadenas alimentarías, los animales (consumidores) dependen inevitablemente de la fotosíntesis, de manera que prácticamente toda la energía que circula por los ecosistemas tiene su origen en la fotosíntesis. La cantidad de energía que de esta manera se acumula en forma de materia orgánica en la plantas verdes (productores), expresa la producción primaria que en valores medios aproximados y a lo largo de un año es de: 102 x 109 t (102.000 billones de kg) de materia orgánica de plantas en los continentes. -74- BIOLOGIA 1
  • 42 x 109 t (42.000 billones de kg) de materia orgánica de fitoplancton en mares y océanos. A su vez, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), cuyo origen está directamente vinculado a la materia vegetal (principalmente fitoplancton) que existía en el planeta hace millones de años, liberan al ser usados (combustión) energía de origen fotosintético. El proceso fotosintético representa un punto crítico de gran importancia dentro de los ciclos naturales del carbono y del oxígeno y en general dentro de la trama de los ciclos biogeoquímicos. Muchos de los herbicidas empleados por el hombre para combatir malezas, y ciertos contaminantes, actúan inhibiendo la fotosíntesis y provocando con ello la muerte del vegetal. Se ha observado también, que un incremento de la radiación ultravioleta sobre los valores normales, ha provocado la inhibición de la fotosíntesis en los sistemas fitoplanctónicos disminuyendo su productividad y afectando seriamente el equilibrio de la red trófica. 4.2.1. Transporte de electrones. La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen las células para obtener energía. Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pigmentos, captan energía luminosa ellos transforman el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno: LUZ 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2 Clorofila La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posible la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva. -75- BIOLOGIA 1
  • La radiación luminosa llega a la tierra en forma de "pequeños paquetes", conocidos como cuantos o fotones. Los seres fotosintéticos captan la luz mediante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos. Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reacción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química. En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones: Fase luminosa: En el tilacoide, en ella se producen transferencias de electrones. Fase oscura o ciclo de Calvin: En el estroma, en ella se realiza la fijación de carbono FASE LUMINOSA Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos: Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser: Acíclica o abierta Cíclica o cerrada Síntesis de poder reductor NADPH Fotolisis del agua Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía. -76- BIOLOGIA 1
  • Existen dos tipos de fotosistemas, el fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm)y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680. La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cadena transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI. En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso , el electrón va liberando la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP. El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I. En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O. Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - proceso conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofosforilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH, mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno. -77- BIOLOGIA 1
  • Mientras la luz llega a los fotosistemas, se mantiene un flujo de electrones desde el agua al fotosistema II, de éste al fotosistema I, hasta llegar el NADP+ que los recoge; ésta pequeña corriente eléctrica es la que mantiene el ciclo de la vida. 4.2.2. Ciclo de Calvin o fase oscura. En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias. Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin. La fijación del CO2 se produce en tres fases: Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de Calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, aminoácidos, etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula. -78- BIOLOGIA 1
  • En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, y la más conocida es la enzima Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2. Si la concentración de CO2 es baja, funciona como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin, se produce la oxidación de glúcidos hasta CO2 y H2O, y al proceso se le conoce como fotorrespiración. La fotorrespiración no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y como se ve en el esquema se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque sólo se produce una molécula de PGA que pasará al ciclo de Calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se obtienen dos moléculas de PGA. -79- BIOLOGIA 1
  • UNIDAD V. Biodiversidad. 5.1. Origen y características de la biodiversidad. Hablar de diversidad biológica supone contemplar la variabilidad de la vida sobre la tierra, variabilidad que se manifiesta en la variedad de biomoléculas, especies, poblaciones, comunidades, ecosistemas y paisajes que se pueden observar. Su origen es doble: de una parte, la evolución biológica que genera diferentes formas de vida; de otra, la adaptación de éstas a las características del ambiente. Se configura así un proceso en el que las características de los organismos en un momento dado responden, en mayor o menor medida, a su historia evolutiva (relaciones filogenéticas) y a su adaptación al ambiente del momento. Si la biología es la ciencia que estudia las formas de vida que existen y han existido, hablamos entonces del estudio de la diversidad biológica, siendo la diversidad de especies un caso particular de esta biodiversidad. De acuerdo con la mayoría de la comunidad científica, la diversidad biológica se genera por especiación y la especie es, en consecuencia, la única categoría taxonómica «natural», es decir, existe como ente diferenciado en el mundo real, a diferencia de los taxones de orden superior cuya objetividad puede cuestionarse. Pero la diversidad también se extiende por debajo del nivel de especie: en una misma especie existen poblaciones genéticamente diferenciadas e incluso dentro de ellas, cuando hay reproducción sexual, cada individuo es distinto de los otros porque posee una identidad genética única y característica. Es el componente genético de la diversidad biológica. Hechas estas apreciaciones, recordemos que la diversidad de especies se estructura en tres grupos del mayor rango taxonómico (dominios): Archaea (arquebacterias), Bacteria (eubacterias) y Eukarya (eucariontes). Pero la biología se dedica también al estudio de los procesos vitales que sustentan las diversas formas de vida, lo cual nos lleva a considerar el concepto de «sistemas complejos» para definir las entidades vivas en tanto en cuanto están formadas por entidades menores (también complejas en sí mismas) de cuya organización e interacción dependen las propiedades de la vida. Esta complejidad se manifiesta en todos los niveles de la jerarquía biológica desde las moléculas hasta los ecosistemas: una molécula está formada por átomos que interactúan, la célula lo está por moléculas que se regulan e integran, un organismo pluricelular está formado por células que se organizan y diferencian en tejidos y órganos, un ecosistema por varias poblaciones de especies que se relacionan entre sí y con el entorno. Esos niveles de integración, de información y de complejidad, constituyen la jerarquía biológica que no debe confundirse con la jerarquía taxonómica. Esta última, la taxonomía, muestra el ordenamiento de las especies en grupos (taxones) que representan niveles sucesivos de parentesco entre estirpes: género, familia, orden, clase, filum o división, reino y dominio o imperio. Estos grupos son el producto de la evolución biológica 5.2. Sistemática y Taxonomía. Estudia las normas para clasificar de manera adecuada a los diferentes organismos. Hay varias formas de llevar a cabo la clasificación. Uno de ellos se basa en la filogenia aunque en ocasiones es complicado, para ello se complementa con la morfología. El objetivo es también unir criterios para que solo exista una -80- BIOLOGIA 1
  • denominación. El Código Internacional de Nomenclatura identifica categorías que incluyen subcategorías y así sucesivamente. La máxima categoría es la de reino, que incluye a las divisiones, las divisiones a las clases, las clases a las órdenes, las órdenes a las familias, las familias a las tribus, las tribus a los géneros, los géneros a las secciones, las secciones a las series y las series a las especies. La especie es la categoría taxonómica elemental. En las especies se diferencian las variedades y aun dentro de estas las formas. Las primeras denominaciones de organismos se basaban en nombres vulgares, pero éstos eran distintos en cada lugar, además sólo se denominaba a las plantas que poseían alguna utilidad. Estos hechos suponen una falta de universalidad y de rigor. Se trató de aunar criterios con las denominaciones polinómicas (se utilizan varias palabras, p.e. Malva sivestris folio sinuato), pero resultó poco practico. A Linneo se le ocurrió la idea de utilizar un binomio para denominar a los organismos, una primera palabra que es un nombre genérico que se escribe siempre con mayúscula, y una segunda palabra, el nombre específico, que ordinariamente es un adjetivo y se escribe en minúscula. Esta fue una idea que tuvo gran éxito. Linneo, como todos los naturalistas antiguos, creyó a las especies como inmutables, y juzgaba que cada una de ellas había de tener constancia en su organización mientras subsistiese y afirmaba que hay tantas especies diversas como formas fueron creadas en el origen (“Species tot sunt diversae, quot diversas formas ab initio creavit infinitum ens”). La nomenclatura de un grupo taxonómico se basa en la prioridad de su publicación, la fecha tiene importancia. El latín es la lengua de la nomenclatura biológica, los nombres tal como los entiende el C.I.N.B. han de ser necesariamente latinos o latinizados. Los cambios del Código de Botánica quedan reservados a una sesión plenaria de un Congreso Internacional de Botánica. Cada código es independiente de los demás y no hay interferencias entre ellos, por esto el Código de Botánica es ajeno al de Zoología. La nomenclatura tiene que ser específica teniendo que existir un nombre para cada organismo. Sufijos indicativos de rango en taxonomía Rango Hongos Algas Resto División -mycota -phyta -phyta Subdivisión -mycotina -phytina -phytina Clase -mycetes -phyceae -opsida Subclase -mycetidae -phycidae -idea Orden -ales -ales -ales Suborden -ineae -ineae -ineae Familia -aceae -aceae -aceae Subfamilia -oideae -oideae -oideae Tribu -eae -eae -eae Subtribu -inae -inae -inae Clasificación de Wettstein. Esta clasificación es bastante artificial y no se usa. Wettstein cogió a los organismos vegetales y los subdividió en nueve troncos: T1. Sahi zophyta: son los organismos procariotas. -81- BIOLOGIA 1
  • T2. Monadophyta: se basa en la movilidad del organismo para que éste pueda ser incluido. Se exige un estado monadal, flagelado. Este tronco es muy amplio con muchos organismos desemparentados entre sí. T3. Mixophyta: es un pequeño grupo heterótrofo que incluye a los mohos mucosos. T4. Bacillariophyta: es un grupo de algas, de protoctistas autótrofos que poseen la peculiaridad una pared celular de sílice (diatomeas). T5. Conjugadophytas: es otro grupo de algas, de protoctistas autótrofos que tienen una reproducción sexual muy exclusiva, la conjugación. En realidad son un grupo de algas dentro de las algas verdes. T6. Rhodophytas: son algas rojas que se agrupan basándose en sus pigmentos y asimilados, son protoctistas fotoautótrofos. T7. Phaeophytas: son las algas pardas, tienen pigmentos enmascarados por una xantófila parda. T8. Eutalophytas: son las verdadera talófitas, organismos pluricelulares, pero que no forman tejidos. En este tronco se incluyen organismos tan dispares que hoy en día están en troncos distintos (p.e. hongos y algas verdes). T9. Cormophytas: son los organismos con tejidos. 5.3. Reglas de nomenclatura. Problemas como este, el duplicado accidental de nombres, eran obvios para el Padre de la Taxonomía, Carlos Lineo. Su respuesta consistió en establecer una aproximación uniforme y segura para el proceso de nomenclatura. Lineo esperaba que éste sería reconocido y aceptado en todo el mundo (ver Taxonomía: ¿Qué hay en un nombre?). Lineo sabía que la creación de nombres duplicados de diferente sonido para las mismas especies, es decir sinónimos taxonómicos, era una de las muchas barreras relacionadas a la nomenclatura que podía impedir el intercambio científico apropiado. Las diferencias en lenguaje y cultura, las idiosincrasias de los científicos individuales, la dificultad para obtener las investigaciones de otros científicos, los errores inevitables como los tipográficos - todo esto puede contribuir a la confusión y a otros problemas al identificar y catalogar la biodiversidad. Por consiguiente, la idea central detrás del sistema de Taxonomía de Lineo consistía en ofrecer una lista de nombres establecida y duradera para poder comunicarnos efectivamente en todos los campos de las ciencias naturales, para extraer información eficientemente, y para tener la seguridad que cada nombre de una especie es único. La solución que Lineo adoptó, consistió en el uso de un sistema de dos nombres, denomidado nomencatura binominal. Lineo reconoció que al dar a cada especie un par fijo de nombres (similar a nuestro 'nombre' y 'apellido'), cada una de las especies podía ser designada de manera única. Los títulos de los dos nombres oficiales eran los que John Ray, un naturalista británico, había propuesto un siglo antes, el género y la especie. En la práctica, estos términos van siempre juntos y se usan en -82- BIOLOGIA 1
  • combinación. La combinación se presenta en una secuencia, primero el nombre génerico (plural, género; de la palabra genérico) y después el nombre de la especie (plural, especie; de la palabra específica), como en el binomio Homo sapiens. Los taxonomistas también han extendido este razonamiento y lo usan en una combinación de tres nombres, un trinomio, que se aplica a las sub-especies de las especies. Por ejemplo, Gorila gorila gorila (Gorila Occidental) y Gorila gorila beringei (Gorila Oriental). El hecho que los científicos todavía discutan si las poblaciones Occidentales y Orientales de los gorilas deberían ser consideradas como diferentes especies o simplemente diferentes sub-especies no tiene mayor importancia. Como especies, serían conocidas como G. gorila y G. beringei; como sub-especies, las llamamos G. gorila gorila y G. gorila beringei. Los trinomios se aplican también a nuestra propia especie, tal como demostró la reciente denominación, basada en fosiles de más o menos 160.000 años de antiguedad, de la extinguida sub-especie de Etiopía. Esta especie se llama Homo sapiens idaltu para diferenciarla de nosotros, los Homo sapiens sapiens. Por claridad y consistencia, hay otras reglas que gobiernan la denominación de las especies, entre ellas: Los nombres genéricos y específicos se ponen en cursiva o itálicas cuando se escriben a máquina. La primera letra del nombre del género siempre se escribe con mayúscula, mientras que el resto del nombre se escribe en minúscula. De preferencia, los nombres de las especies se constituyen para que suenen como el Latín, siguiendo la tradición de los taxonomistas Europeos antiguos. Cuando se atribuye más de un nombre a una especie, el sinónimo publicado con más antiguedad predomina sobre los otros. Por supuesto, las reglas de la nomenclatura de Lineo se aplican solamente a los nombres oficiales, no al lenguaje informal de la vida cotidiana, que es virtualmente imposible de controlar e imponer. Por consiguiente, una referencia informal a una especie se escribe simplemente en minúscula (por ejemplo, gorila), mientras que una referencia formal, por ejemplo al género, se escribe en bastardillas o en itálicas (por ejemplo, Gorila). Tal como se ha podido notar, el ejemplo del gorila es también un caso inusual de la nomenclatura taxonómica, ya que el nombre común y el nombre científico son el mismo. 5.4. Clasificación de los seres vivos: Linneo, Wittaker y Margulis. El sistema para dar nombre a los seres vivos ha surgido a lo largo de los siglos basado en un método desarrollado. Aristóteles (384-322 a.c.) clasificó a las especies animales que se conocían en su época basándose en las características externas de los animales. Este sistema permaneció hasta el siglo XVIII. Aristóteles distinguía dos grupos: animales provistos de sangre y animales desprovistos de sangre. Esta distribución se correspondía a grandes rasgos a la actual clasificación en vertebrados e invertebrados. Estos -83- BIOLOGIA 1
  • estudios se formalizaron con Linneo (1707-1778) el cual en su obra de la décima edición "Systema Natural" hace la clasificación de 8500 plantas y de 4236 animales conocidas en aquella época. En cuanto a los animales hacía dos grupos: vertebrata que incluía cuatro clases e invertebrata que incluía dos clases. Las cuatro clases serían Mamalia, aves, anfibea y pisces mientras que las dos insecta y vermes. Por lo que se refiere a los vertebrata la clasificación guarda semejanzas con la actual. En la misma época Lamarck (1744-1829) basándose en la clasificación de Linneo subdividió a los invertebrata en 10 clases, otros autores hicieron otras clasificaciones hasta alcanzar la actual. Hoy en día en el reino animal se incluyen 28 tipos, siendo los criterios de clasificación diferentes dependiendo de los autores. En el reino vegetal existen 24 unidades sistémicas. En la obra de Linneo se aplicaba un nombre científico a los organismos que identificaba. El nombre científico consistía en dos palabras latinas o latinizadas de las cuales la primera es el nombre del genero y la segunda el nombre de la especie, aparece la nomenclatura binomial. Linneo opinaba que una especie es un determinado ser vivo que ha sido creado de forma separada por un poder sobrenatural y que poseía rasgos que la diferenciaban de los demás. A las especies semejantes las agrupó en un sólo género, a los géneros semejantes los agrupaba en órdenes, en clases y las clases dentro de un reino. Se emplean nombres científicos frente a los vulgares, ya que estos pueden tener significados diferentes según el país y por la tendencia a la universalidad de los científicos. Con el paso del tiempo aparece una gran diversidad de animales y plantas así como una gran diversidad de caracteres transmitidos a la descendencia. Los taxónomos empezaron a comprender que las especies no se crean solas ni aisladas sino que son el resultado en la herencia dentro de un mismo tronco común. La clasificación de plantas y animales por semejanzas estructurales fue establecida sobre bases sistemáticas firmes por el biólogo sueco Carl von Linne o Linneo. Puesto muchas semejanzas estructurales dependen de relaciones de evolución, la clasificación moderna de los organismos es en muchos puntos semejante a la de Linneo basada en similitudes estructurales lógicas. La unidad de clasificación para plantas y animales es la especie. Este término es difícil de definir pero podemos aproximarnos si decimos que es un grupo de individuos semejantes en cuanto a características estructurales y funcionales, que en la naturaleza sólo se reproducen entre sí y tienen un antecesor en común. Las especies vecinas se agrupan en géneros. El género es una unidad superior. Los nombres científicos de los organismos constan de dos términos: el género y la especie en latín. Este sistema es el llamado binomial. Así como varias especies se agrupan en géneros, los géneros semejantes se reúnen en familias, A su vez, éstas se agrupan en ordenes y estos en clases. Un conjunto de clases puede llamarse división si estamos estudiando las plantas o filo si se trata de animales. Los filos (o divisiones) son las grandes divisiones de los reinos. En 1969, Whittaker y Margulis propuso un sistema de clasificación de los seres vivos en 5 reinos. En la base figuraba el reino Monera, donde se incluían todos los organismos procariotas, es decir, sin núcleo celular (bacterias, actinomicetos, micoplasmas, algas azules, etc.). Los otros reinos estaban integrados por organismos eucariotas (con células complejas, que presentan núcleo, mitocondrias, etc.). Los -84- BIOLOGIA 1
  • eucariotas más sencillos, de cuerpos menos complejos, se incluían en el reino Protista. Los eucariotas complejos se separaban en 3 reinos: Plantae (vegetales), que realizan la fotosíntesis; Animalia (animales), que se alimentan por ingestión y Fungi (hongos), que se alimentan mediante absorción. División Myxomycota. Como se ve, los mixos y afines se seguían considerando una división bien distinta del resto de los hongos. Se distinguían 7 clases: Protosteliomycetes, Ceratiomyxomycetes, Dictiosteliomycetes, Acrasiomycetes, Myxomycetes, Plasmodiophoromycetes y Labyrinthulomycetes. D. Eumycota: Aquí iban los considerados como hongos verdaderos. Subdivisión Mastigomycotina: Hongos con micelio no tabicado y zoosporas (esporas móviles). Incluye 3 clases: Chytridiomycetes, Hyphochytriomycetes y Oomycetes. El resto de subdivisiones de Eumycota presentan esporas no flageladas. SubD. Zygomycotina: Hongos con micelio no tabicado. Incluye 2 clases: Zygomycetes y Trichomycetes. En las clasificaciones anteriores, los hongos de esta subdivisión y la anterior aparecían unidos en la clase Phycomycetes; sin embargo, no están emparentados; el parecido es pura coincidencia (aunque en algunos libros cuyos autores se limitan a copiar (o contextualizar, como se dice ahora) las obras de otros se siga hablando de «ficomicetos»). SubD. Ascomycotina. Este grupo de hongos es el más abundante y complejo, y su clasificación interna estaba sometida a revisión en aquella época (y en la actual, dicho sea de paso). Los taxónomos preferían, de momento, no agrupar los órdenes en clases. SubD. Basidiomycotina. Incluía 4 clases: Hymenomycetes, Gasteromycetes, Urediniomycetes y Ustilaginomycetes. SubD. Deuteromycotina. Se distinguían 2 clases: Hyphomycetes y Coelomycetes. 5.5. Reinos Naturales: 5.5.1. Bacteria. Morfología y estructura. -85- BIOLOGIA 1
  • Las bacterias son microorganismos procariotas de organización muy sencilla. La célula bacteriana consta: citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN bacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de ADN con información genética, dispersos por el citoplasma: son los plásmidos. La membrana plasmática presenta invaginaciones, que son los mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en la síntesis de ATP, y los pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias fotosintéticas. En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza química. Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rígidos, implantados en la membrana mediante un corpúsculo basal. Pueden poseer también, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra. Poseen ARN y ribosomas característicos, para la síntesis de proteínas. La pared celular es rígida y con moléculas exclusivas de bacterias. Nutrición El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en las bacterias. Según la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen en autótrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2, y heterótrofos cuando su fuente de carbono es materia orgánica. Por otra parte según la fuente de energía, los seres vivos pueden ser fototrofos, cuya principal fuente de energía es la luz, y los organismos quimiotrofos, cuya fuente de energía es un compuesto químico que se oxida. Atendiendo a las anteriores categorías, entre las bacterias podemos encontrar las siguientes formas, como puede apreciarse en el esquema: Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de carbono, y a su vez, este mismo compuesto es la fuente de energía. La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de este grupo. Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo, Nitrobacter, Thiobacillus. -86- BIOLOGIA 1
  • Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas. Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono. Ejemplos como Rodospirillum y Cloroflexus. Reproducción. Generalmente las bacterias se reproducen por bipartición, como se ve en el siguiente esquema: Tras la duplicación del ADN, que esta dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias. Pero además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos de reproducción sexual o parasexual, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN. Puede realizarse por: TRANSFORMACION: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. -87- BIOLOGIA 1
  • CONJUGACIÓN: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama F+ posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano. TRANSDUCCIÓN: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra , se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. 5.5.2. Archae. y Eukarya. La mayoría de los Biólogos coincidimos en que el Reino Protista está tan diversificado que no podemos adherirnos a la fórmula taxonómica clásica de los tres reinos únicos, Protista, vegetal y Animal. Así, hemos creado tres Dominios (linajes) principales, Bacteria, Archaea y Eukarya. En el Dominio Eukarya incluimos a los protistas. El Dominio Eukarya incluye todos los organismos cuyas células poseen una envoltura membranosa nuclear que contiene al material genético. Lo hemos dividido en siete Reinos: Archaeozoa, Protista, Stramenopila, Rodophyta, Fungi, Plantae y Animalia. El reino Protista incluye dos Divisiones, Euglenozoa y Protozoa. El phylum (Filo) Mycetozoida se ha incluido en la División Protozoa, phylum Plasmodroma. -88- BIOLOGIA 1
  • La División Euglenozoa incluye a los protistas que pueden o no poseer cloroplastos y que poseen uno o más flagelos. Se subdivide en dos Phyla (plural de Phylum), los Euglenoidae, como Euglena viridis, y los Kinetoplastidae, cuyos miembros son todos parásitos, como Trypanosoma gambiesis. La División Protozoa incluye a los protistas que no poseen clorofila, y cuyas células se asemejan a las células de los animales. Se subdivide en dos Phyla (Filos): 1. Phylum Plasmodroma- Protozoarios que poseen uno o muchos núcleos de una sola clase, por ejemplo Amoeba proteus. 2. Phylum Ciliophora- Protozoarios que poseen núcleos de diferente clase, el macronúcleo y el micronúcleo, por ejemplo Paramecium caudatum. 5.5.3. Hongos. Los hongos son seres vivos que se encuentran clasificados dentro del reino Fungi. Están formados por una parte vegetativa (micelio) que se encuentra en el interior del substrato del que se alimentan, produciendo fructificaciones que conocemos con el nombre de hongos o setas. Los hongos, a diferencia del reino vegetal carecen de clorofila, por lo tanto, no pueden sintetizar su propio alimento y necesitan obtenerlo ya elaborado. Para ello se alimentan de otros organismos viviendo en simbiosis con otras plantas, asociación que se conoce como micorriza, donde la planta suministra al hongo fuentes de carbono procedentes de la fotosíntesis y éste le suministra a su vez mayor absorción de agua y nutrientes minerales, siendo ambos beneficiados. Esta es la asociación más común, pero los hongos también pueden parasitar plantas o animales o vivir como saprofitos, esto es desarrollándose a partir de materia orgánica en descomposición. Junto con las bacterias, los hongos son los causantes de la putrefacción y descomposición de toda la materia orgánica. Hay hongos en cualquier parte en que existan otras formas de vida. Algunos son parásitos de organismos vivos y producen graves enfermedades en plantas y animales.. Los hongos figuraban en las antiguas clasificaciones como una división del reino. Plantas (Plantae). Se pensaba que eran plantas carentes de tallos y de hojas que, en el transcurso de su transformación en organismos capaces de absorber su alimento, habían perdido la clorofila, y con ello, su capacidad para realizar la fotosíntesis. Sin embargo, en la actualidad los científicos los consideran un grupo completamente separado, que evolucionó a partir de flagelados sin pigmentos. Ambos grupos se incluyen dentro del reino Protistas, o bien se coloca a los hongos como un reino aparte, debido a la complejidad de su organización (ver clasificación más adelante). Hay unas cien mil especies conocidas de hongos. Se cree que los grupos más complejos derivan de los tipos más primitivos, los cuales tienen células flageladas en alguna etapa de su ciclo vital. -89- BIOLOGIA 1
  • ESTRUCTURA La mayoría de los hongos están constituidos por finas fibras que contienen protoplasma, llamadas hifas. Éstas a menudo están divididas por tabiques llamados septos. En cada hifa hay uno o dos núcleos y el protoplasma se mueve a través de un diminuto poro que ostenta el centro de cada septo. No obstante, hay un filo de hongos, que se asemejan a algas, cuyas hifas generalmente no tienen septos y los numerosos núcleos están esparcidos por todo el protoplasma. Las hifas crecen por alargamiento de las puntas y también por ramificación. La proliferación de hifas, resultante de este crecimiento, se llama micelio. Cuando el micelio se desarrolla puede llegar a formar grandes cuerpos fructíferos, tales como las setas y los pedos o cuescos de lobo. Otros tipos de enormes estructuras de hifas permiten a algunos hongos sobrevivir en condiciones difíciles o ampliar sus fuentes nutricionales. Las fibras, a modo de cuerdas, del micelio de la armilaria color de miel (Armillaria mellea), facilitan la propagación de esta especie de un árbol a otro. Ciertos hongos forman masas de micelio resistentes, con forma más o menos esférica, llamadas esclerocios. Éstos pueden ser pequeños como granos de arena, o grandes como melones. REPRODUCCIÓN La mayoría de los hongos se reproducen por esporas, diminutas partículas de protoplasma rodeado de pared celular. El champiñón silvestre puede formar doce mil millones de esporas en su cuerpo fructífero; así mismo, el pedo o cuesco de lobo gigante puede producir varios billones. Las esporas se forman de dos maneras. En el primer proceso, las esporas se originan después de la unión de dos o más núcleos, lo que ocurre dentro de una o de varias células especializadas. Estas esporas, que tienen características diferentes, heredadas de las distintas combinaciones de genes de sus progenitores, suelen germinar en el interior de las hifas. Los cuatro tipos de esporas que se producen de esta manera (oosporas, zigosporas, ascosporas y basidiosporas) definen los cuatro grupos principales de hongos. Las oosporas se forman por la unión de una célula macho y otra hembra; las zigosporas se forman al combinarse dos células sexuales similares entre sí. Las ascosporas, que suelen disponerse en grupos de ocho unidades, están contenidas en unas bolsas llamadas ascas. Las basidiosporas, por su parte, se reúnen en conjuntos de cuatro unidades, dentro de unas estructuras con forma de maza llamadas basidios. El otro proceso más común de producción de esporas implica la transformación de las hifas en numerosos segmentos cortos o en estructuras más complicadas de varios tipos. Este proceso sucede sin la unión previa de dos núcleos. Los principales tipos de esporas reproductivas formadas así son: oídios, conidios y esporangios-poras. Estas últimas se originan en el interior de unos receptáculos, parecidos a vesículas, llamados esporangios. La mayoría de los hongos producen esporas sexuales y asexuales. -90- BIOLOGIA 1
  • CLASIFICACIÓN A pesar de que en muchos textos se emplean sistemas de clasificación relativamente complicados, los micólogos utilizan por lo común un sistema sencillo, que tiene la ventaja de ser cómodo de usar. Según este sistema, los cuatro filos principales son: Oomicetes (Oomycota), Zigomicetes (Zygomycota), Ascomicetes (Ascomycota) y Basidiomicetes (Basidiomycota) y sus respectivos individuos forman oosporas, zigosporas, ascosporas y basidiosporas. Una gran variedad de especies se colocan, de forma arbitraria, en un quinto filo: Deuteromicetes (Deuteromycota), también llamados hongos imperfectos. Se incluyen en este grupo aquellos hongos en los que sólo se conocen procesos de multiplicación vegetativa. Sin embargo, la mayoría de esas especies están emparentadas con los ascomicetes. Algunos otros filos se consideran hongos, o bien, grupos relacionados estrechamente con los hongos: Actinomicetes (Actinomycota), Mixomicetes (Myxomycota), Plasmodioforomicetes (Plasmodiophoromycota), Labirintulomicetes (Labyrinthulomycota) y Acrasiomicetes (Acrasiomycota). Los actinomicetes, con hifas muy delicadas y una reproducción que suele ser mediante oídios o conidios, constituyen un grupo intermedio entre las bacterias y los hongos. A los mixomicetes, o mohos plasmodiales del fango verdaderos, algunos micólogos los clasifican con los hongos, y otros con los protistas semejantes a hongos. En este grupo la fase nutricional es una masa de protoplasma con forma ameboide carente de pared, denominada plasmodio. La fase reproductiva está representada por células nadadoras, llamadas células invasoras, las cuales se impulsan por medio de dos flagelos de distinta longitud. Los plasmodioforomicetes se parecen a los mixomicetes en que ambos tienen células invasoras y un estado plasmodial. Los labirintulomicetes y los acrasiomicetes tienen algunas características semejantes a los mohos plasmodiales del fango, pero su estado nutricional (llamado pseudoplasmodio) es diferente. Los hongos del filo Ascomicetes (Ascomycota), también llamados hongos con forma de saco, producen un número determinado de ascosporas en el interior de unas bolsas semejantes a vesículas, denominadas ascas. Con la excepción de algunas levaduras y otros pocos organismos, los ascomicetes tienen hifas bien desarrolladas, por lo general con un único núcleo en cada hifa. Ciertas células se transforman en binucleadas poco antes de la formación de los sacos esporales. La unión de los núcleos se da en las ascas jóvenes; tras la posterior división, suelen producirse ocho núcleos, los cuales darán lugar a las ascosporas. Algunos ascomicetes tienen sólo una ascospora; otros pueden tener varios cientos. Las tres clases principales de este filo son: Hemiascomicetes, Euascomicetes y Loculoascomicetes. Los hemiascomicetes abarcan a las levaduras y otros hongos similares, cuyas ascas no se forman dentro ni sobre un soporte de masas de hifas. La levadura de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae), además de reproducirse por medio de ascosporas, lo hace también mediante unas protuberancias, o yemas, que a la larga se separan de las células parentales. Las levaduras del género -91- BIOLOGIA 1
  • Schizosaccharomyces se dividen por fisión. Los miembros del orden Tafrinales, como el parásito del melocotonero que causa el rizamiento de sus hojas, se clasifican a menudo dentro de esta clase, pero la verdadera relación entre estos organismos es confusa. Los tipos más simples entre los miembros de la clase Euascomicetes, como los pertenecientes al orden Eurotiales, son aquellos cuyas ascas están esparcidas por todo el interior de unas bolas de hifas, llamadas cleistotecios. Penicillium y Aspergillus son etapas conidiales de los eurotiales. Los hongos pertenecientes al orden Erisifales, un grupo de parásitos de plantas llamados los mildíus de la podredumbre, tienen cleistotecios con formas especializadas. Algunos ascomicetes, que se suelen denominar pirenomicetes, tienen ascas originadas en el interior de unas estructuras con forma de matraz llamadas peritecios. Muchos peritecios se desarrollan sobre una masa de hifas que sirve de soporte, que se llama ascocarpo. Las colmenillas o morchelas, las trufas y pezizas, son ascocarpos muy conocidos, con las ascas situadas en la cara superior de los cuerpos fructíferos. Otro pirenomicete, el moho rojo del pan (del género Neurospora), se ha utilizado comúnmente en el estudio de la herencia genética. Los miembros de la clase Loculoascomicetes difieren de los grupos descritos anteriormente por tener ascas con doble pared que se forman dentro de unas cavidades que hay en el interior de la masa de hifas. Algunos órdenes representativos de este grupo son: Miriangiales, Dotideales y Pleosporales. Los acrasiomicetes son más pequeños que la mayoría de los mixomicetes y comprenden un número menor de especies (unas 50). Las células son siempre ameboides, con un núcleo único y no forman plasmodios verdaderos. Los mohos plasmodiales celulares constituyen una gran parte de la población de las amebas del suelo, y se alimentan de bacterias. Cuando han acabado con el alimento de una zona forman cuerpos fructíferos, pero de una manera radical y diferente a como lo hacen los mixomicetes. Estas amebas hambrientas raptan juntas hacia unos puntos centrales de acumulación atraída por una sustancia química, llamada acrasina, que expulsan ellas mismas. El organismo pluricelular resultante está muy bien organizado: tiene un extremo anterior (delantero) y uno posterior (cola), se mueve hacia la luz y, dependiendo de la temperatura, se acerca o aleja del calor. Cuando este organismo se detiene, las amebas del extremo anterior empiezan a originar un tallo delicado, mientras que las del extremo posterior se convierten en esporas que forman una bola terminal en la punta del tallo recién creado. Este ciclo es asexual, aunque los mohos plasmodiales celulares también tienen un ciclo sexual. La fusión de las células sexuales (amebas individuales) produce un gran cuerpo resistente llamado macrociste, que cuando germina produce células nuevas capaces de mantener una reproducción asexual continua. 5.5.4. Vegetales. Cualquier miembro del reino Vegetal o reino Plantas (Plantae) formado por unas 260.000 especies conocidas de musgos, hepáticas, helechos, plantas herbáceas y leñosas, arbustos, trepadoras, árboles y otras formas de vida que cubren la tierra y viven también en el agua. Se abarcan todos los biotipos posibles: desde las plantas -92- BIOLOGIA 1
  • herbáceas (terófitos, hemicriptófitos, geófitos) a las leñosas que pueden ser arbustos (caméfitos y fanerófitos), trepadoras o árboles (fanerófitos). Del mismo modo son capaces de colonizar los ambientes más extremos, desde las heladas tierras de la Antártida en las que viven algunos líquenes hasta los desiertos más secos y cálidos en los que sobreviven ciertas acacias, pasando por toda una gama de sustratos (suelo, rocas, otras plantas, agua). El tamaño y la complejidad de los vegetales son muy variables; este reino engloba desde pequeños musgos no vasculares, que necesitan estar en contacto directo con el agua, hasta gigantescas secuoyas (los mayores organismos vivientes) capaces, con su sistema radicular, de elevar agua y compuestos minerales hasta más de cien metros de altura. DIFERENCIACIÓN DE OTROS REINOS Los vegetales son organismos verdes pluricelulares; sus células contienen un protoplasma eucariótico (con núcleo) encerrado en el interior de una pared celular más o menos rígida compuesta en su mayoría por celulosa. La principal característica de los vegetales es su capacidad fotosintética, que utilizan para elaborar el alimento que necesitan transformando la energía de la luz en energía química; este proceso tiene lugar en unos plastos (orgánulos celulares) verdes que contienen clorofila y se llaman cloroplastos. Algunas especies de plantas han perdido la clorofila y se han transformado en saprofitas o parásitas (como los jopos, especies del género Orobanche) que absorben los nutrientes que necesitan de materia orgánica muerta o viva; a pesar de esto, los detalles de su estructura demuestran que se trata de formas vegetales evolucionadas. Los hongos, también eucarióticos y considerados durante mucho tiempo miembros del reino Vegetal, se han clasificado ahora en un reino independiente, porque carecen de clorofila y de plastos, y porque la pared celular, rígida, contiene quitina en lugar de celulosa. Los hongos no sintetizan el alimento que necesitan, sino que lo absorben de materia orgánica viva o muerta. También los diversos grupos de algas se clasificaban antes en el reino Vegetal, porque son eucarióticas y porque casi todas tienen paredes celulares rígidas y realizan la fotosíntesis. No obstante, debido a la diversidad de tipos de pigmentos, tipos de pared celular y manifestaciones morfológicas observadas en las algas, ahora se consideran parte de dos reinos distintos que engloban organismos variados semejantes a las plantas y de otros tipos entre los cuales no hay necesariamente una afinidad estrecha. Se considera que una de las divisiones o filos de algas —formada por las llamadas algas verdes— es la predecesora de las plantas verdes terrestres, porque los tipos de clorofila, las paredes celulares y otros detalles de la estructura celular son similares a los de las plantas. DIVISIONES VEGETALES Las numerosas especies de organismos del reino Vegetal se organizan en varias divisiones (equivalentes botánicos de los filos). Musgos, hepáticas y antocerotas se incluyen en la división Bryophyta (briofitos), con más de 23.000 especies conocidas; los helechos y plantas afines se engloban en la división Pteridophyta, con unas 12.000 especies; y los espermatofitos o plantas con semillas, con unas 225.000 especies, se agrupan en 2 divisiones: la división Pinophyta que incluye las -93- BIOLOGIA 1
  • gimnospermas (plantas con semillas no encerradas en la madurez en un fruto), con unas 850 especies; y la división Magnoliophyta formada por las angiospermas (plantas con semillas encerradas en la madurez en un fruto). Los briofitos carecen de sistema vascular desarrollado para el transporte interno de agua y nutrientes, y se han descrito como plantas no vasculares. Las otras 3 divisiones restantes reciben la denominación común de plantas vasculares o cormofitos. El tejido vascular es un tejido conductor interno que se encarga de transportar agua, minerales y nutrientes. Hay dos tipos de tejido vascular: xilema, que conduce agua y minerales desde el suelo hacia los tallos y hojas, y floema, que conduce los alimentos sintetizados en las hojas hacia los tallos, las raíces y los órganos de almacenamiento y reproducción. Además de la presencia de tejido vascular, los cormofitos se diferencian de los briofitos en que las plantas con hojas son la generación asexual o productora de esporas del ciclo vital. En la evolución de los cormofitos, la generación esporofítica creció en tamaño y complejidad, al tiempo que la gametofítica se reducía hasta quedar encerrada en el tejido esporofítico. La capacidad para evolucionar hacia esporofitos mayores y más diversificados, junto con la propiedad de elevar agua que tiene el tejido vascular, liberó a los cormofitos de la dependencia directa de las aguas de superficie. De este modo colonizaron todas las regiones continentales de la tierra, salvo las zonas árticas más altas, y se convirtieron en fuente de alimento y refugio para los animales que las habitan. División Bryophyta Los briofitos constituyen un conjunto polifilético diverso (como el reino Hongos) de plantas no vasculares. Abundan en lugares húmedos y sombríos, pero hay especies xerófilas que pueden vivir en medios estacionalmente secos (como una pared o una roca). En cualquier caso, su ciclo reproductor implica necesariamente una fase acuosa. La mayor diversidad se alcanza en los trópicos, pudiendo dominar en regiones boreales y australes y en algunas comunidades de zonas templadas como las turberas. Los ejemplares de briofitos con hojas que se conocen corresponden a la generación sexual o productora de gametos del ciclo vital de estos organismos. Por la falta de sistema vascular y porque los gametos necesitan una película de agua para dispersarse, los briofitos son, por lo general, plantas pequeñas que tienden a vivir en condiciones húmedas, aunque algunos ejemplares alcanzan gran tamaño en condiciones favorables y otros (casi siempre muy pequeños) están adaptados a la vida en el desierto, asociados a periodos estaciónales húmedos o a humedades atmosféricas altas. Los briofitos comprenden 3 clases: Hepatopsida o Marchantiopsida, que incluye las hepáticas; Bryopsida, formada por los musgos; y Anthocerotopsida, que engloba las antocerotas. División Pteridophyta La división Pteridophyta engloba las criptógamas vasculares, es decir, los helechos y plantas afines (licopodios, selaginelas y equisetos). De las aproximadamente 12.000 especies que componen la división, cerca del 80% se distribuyen en las regiones intertropicales. Presentan un ciclo biológico con alternancia de generaciones en el -94- BIOLOGIA 1
  • que la generación asexuada o esporofito domina sobre la generación sexuada o gametofito. La fecundación debe realizarse en presencia de agua. Se diferencian 4 subdivisiones de pteridofitos vivientes: Lycophytina (las licofitinas o licopodios), Equisetophytina (equisetos), Psilophytina (psilofitinas, con sólo dos géneros vivientes) y Filicophytina (helechos verdaderos). División Pinophyta La división Pinophyta incluye a las gimnospermas, es decir, a aquellas plantas vasculares cuyas semillas no están encerradas en la madurez en un fruto. La fecundación no depende de la presencia de agua pues el grano de polen es transportado por el viento hasta el gemetofito femenino produciéndose la fecundación. Esta división incluye 4 clases con representantes vivos: Cycadopsida (cícadas), Ginkgopsida (Ginkgo biloba), Coniferopsida (coníferas y Taxáceas) y Gnetopsida. División Magnoliophyta Este grupo está integrado por las angiospermas o plantas con flor, que constituyen la forma de vida vegetal dominante. Se subdividen en dos clases: Magnoliopsida (dicotiledóneas) y Liliopsida (monocotiledóneas). Las dicotiledóneas, que pueden ser plantas herbáceas, arbustivas o arbóreas, se caracterizan por presentar un embrión con 2 cotiledones (hojas primordiales que proporcionan alimento a la nueva plántula). Las monocotiledóneas, cuyo embrión sólo presenta 1 cotiledón, suelen ser herbáceas. 5.5.5. Animales. Podemos descartar que la idea que la aparición de los animales (grupo de los animalia) sea una de esas opciones en las cuales un organismo talvez marino o terrestre; en general por así decir, aya evolucionado muy avanzadamente ya que este grupa tiene esa categoría. Porque entre sus integrantes están los organismos más inteligentes y mejor adaptados a su medio ambiente. El reino animalia tiene muchas divisiones entre las cuales están las clases vertebrados (organismos con cordón dorsal o columna vertebral), invertebrados (organismos con exoesqueleto de quitina, o sin un sistema óseo) y los protozoarios (organismos en su mayoría unicelulares) cuales pueden dividirse en otras divisiones mas exactas en relación al espécimen deseado. Los animales son organismo eucarióticos pluricelulares que se caracterizan por sus hábitos alimenticios: se nutren devorando otros organismos vivos. Muchos de ellos cazan otros animales y reciben el nombre de carnívoros. Otros se alimentan de plantas y se les denomina herbívoro. Los seres humanos pertenecen al Subphylum vertebrata del Phytum chordata. Los vertebrados o animales con columna vertebral constituyen un 5% del reino animal, pero tienen un lugar prominente en la vida de los seres humanos. Los demás animales se clasifican como invertebrados. -95- BIOLOGIA 1
  • A diferencia de las plantas, que producen nutrientes a partir de sustancias inorgánicas mediante fotosíntesis, o de los hongos, que absorben la materia orgánica en la que habitualmente se hallan inmersos, los animales consiguen su comida de forma activa y la digieren en su medio interno. Asociadas a este modo de nutrición existen otras muchas características que distinguen a la mayoría de los animales de otras formas de vida. La mayoría de los animales han desarrollado un sistema nervioso muy evolucionado y unos órganos sensoriales complejos que, junto con los movimientos especializados, les permiten controlar el medio y responder con rapidez y flexibilidad a estímulos cambiantes. Al contrario que las plantas, casi todas las especies animales tienen un crecimiento limitado, y al llegar a la edad adulta alcanzan una forma y tamaño característicos bien definidos. La reproducción es predominantemente sexual, y en ella el embrión atraviesa una fase de blástula. Al principio, debido a las grandes diferencias que existen entre plantas y animales, se estableció una división de todos los seres vivos en dos reinos, Vegetal y Animal. Cuando más tarde se investigó el mundo de los microorganismos se observó que algunos eran claramente del tipo vegetal, con células con pared celular y cloroplastos para realizar la fotosíntesis, mientras que otros se parecían a los animales porque se desplazaban (mediante flagelos o seudópodos) y digerían alimentos. Su nivel de organización va desde tejidos y órganos hasta complicados aparatos y sistemas como el digestivo, circulatorio, esquelético, excretor, nervioso, etc. En cuanto a su reproducción, en la mayor parte es sexual, aunque algunos presentan procesos asexuales como la gemación. Los órganos reproductores son complejos y su desarrollo implica etapas larvarias y embrionarias. La clasificación del reino animal atiende a los siguientes criterios básicos: principios de homologías y analogías, número de capas celulares embrionarias, presencias o ausencia de metamerización, presencia o ausencia de celoma y tipo de simetría. Se llaman órganos o estructuras homólogas aquellos que presentan un mismo origen embrionario aunque posteriormente su función sea diferente. Por ejemplo, el ala de un murciélago, la aleta pectoral de una ballena, la extremidad anterior del hombre son homólogos pues se derivan del esbozo del miembro anterior del embrión. Se llaman órganos o estructuras análogas aquellos que cumplen una misma función, pero con origen embrionario diferente, tal es el caso de las alas de un murciélago y las de una mariposa. De acuerdo con lo anterior, se toma como base de la clasificación a los órganos homólogos, que son los que permiten relaciones evolutivas. El murciélago está emparentado directamente con la ballena y con el hombre y no con la mariposa. Durante las primeras etapas del desarrollo embrionario aparecen dos o tres capas de células de las que derivarán todos los tejidos del nuevo organismo. Estas capas embrionarias son el ectodermo (externa), el endodermo (interna) y el mesodermo (intermedia). -96- BIOLOGIA 1
  • Los animales se clasifican en dos grupos, aquellos sólo tienen dos capas, ectodermo y endodermo y que reciben el nombre de diblástidos, y los que cuentan con las tres capas o triblásticos. El celoma es la cavidad general del cuerpo donde se alojan algunos órganos importantes. Las paredes del celoma son de tejido mesodérmico. Según este criterio, los animales triblásticos se dividen en tres grupos: acelomados o sin celoma, en los que el mesodermo es compacto y el animal no tiene más cavidad interna que el tubo digestivo; los pseudocelomados o con falso celoma que sí tienen una cavidad interna pero que no está revestida de mesodermo, y los celomados con un verdadero celoma. La metamerización se presenta cuando el animal está formado por varios segmentos que muestran una estructura semejante. En algunos la segmentación es interna y externa; en otros, la externa casi desaparece quedando sólo la interna. De esta manera, hay animales segmentados y no segmentados. Tipo de simetría, de acuerdo con este criterio hay tres tipos de animales: los asimétricos, a los que ningún plano de corte los puede dividir en dos partes iguales; los de simetría radial, que son de vida sésil o sedentaria y n los cuales muchos planos de corte, siempre y cuando pasen por el centro del animal, pueden dividirlos en dos partes; y por último, los de simetría bilateral, en los que un solo plano los corta en dos mitades. La clasificación; El reino Animalia comprende entre 20 y 30 grupos porque no hay todavía un acuerdo general en cuanto a la posición taxonómica de algunos. Aquí sólo describiremos a los que cuentan con mayor número de especies, tienen mayor importancia y mencionamos un ejemplo de cada grupo. Poríferos (esponjas) Celenterados (corales) Platelmintos (gusanos planos) Nematelmintos (gusano redondos) Anélidos (gusanos anillados) Artrópodos (camarones) Moluscos (caracoles) Equinodermos (estrellas de mar) Cordados (hombre) Poríferos; son animales acuáticos, la mayor parte marinos que viven fijos al fondo; son asimétricos y diblásticos. Su cuerpo tiene la forma de un saco o bolsa con una cavidad llamada gastral que se abre por el ósculo, que es un orificio grande en relación con los poros inhalantes, que son pequeñas perforaciones que atraviesan la pared del cuerpo, y por los cuales conoce comúnmente como esponjas. La pared del cuerpo tiene dos capas embrionarias, ectodermo y endodermo, con una masa gelatinosa intermediaria llamada mesoglea. Cada capa tiene células características que cumplen diferentes funciones. En el ectodermo se encuentran células de protección (pinacocitos) y una célula con una perforación (porositos) que constituyen los poros inhalantes. En la mesoglea se localizan ameboides (amibocitos que tienen como funciones, formar el esqueleto de la esponja y dar origen a las células sexuales. -97- BIOLOGIA 1
  • El esqueleto está representado por espículas, especie de finas agujas de sílice o de carbonato de calcio, o por una red de fibras de una sustancia orgánica llamada espongina. En el endodermo hay células especiales de las esponjas, los coanoctios, que son flageladas. Rodeando al flagelo tiene un collar membranoso a manera de embudo. Todas las funciones de la esponja dependen de la circulación del agua de mar, que penetra por los poros inhalantes, llega a la cavidad gastral y sale por el ósculo. El Subreino Parazoa: Las Esponjas El reino animal se subdivide intencionalmente en grupos que reflejan las relaciones evolutivas de los linajes más importantes. Las esponjas se encuentran agrupadas en el subreino Parazoa, en tanto que otros animales, derivados supuestamente de rama evolutiva de protistas, integran el subreino Eumetazoa. Las esponjas son organismos sésiles (permanecen fijas e inmóviles) en forma de este phylum proviene de la anatomía de la esponja, pues phylum provine de la anatomía de la esponja, pues en la superficie se observa numerosos poros. El agua absorbida a través de dichos poros circula dentro de la cavidad interna (espongocele) del cuerpo de la esponja y sale a través de un orificio excurrente (ósculo). Las partículas alimenticias suspendidas en el agua son filtradas por células especializadas a las que se denomina coanocitos o células de collar. La mayoría de las esponjas son marinas, pero algunas habitan en agua dulce. Existen más de 10,000 especies de esponjas, las cuales presentan gran variedad de formas y tamaños. Algunas ostentan vistosos colores y adornan los fondos marinos. Dentro del phylum Porifera existen cuatro clases las cuales se dividen con base en características como la naturaleza de las espículas inorgánicas que se depositan en el mezo hilo. A pesar de que las esponjas son clasificadas como animales pluricelulares exhiben menor integración y especialización de funciones que otros grupos animales. Carecen de organización tisular y sus células son las unidades primarias de estructura y función. Su cuerpo consta de dos capas, una epidermis externa y un revestimiento interno forma dos principalmente por coanocitos. A las esponjas se le divide en tres grupos atendiendo a la naturaleza química de su esqueleto. Estos grupos son: Esponjas calcáreas con espículas de calcio, esponjas silicosas con espículas de sílice y esponjas córneas con red de espongina. Los Celenterados, son animales acuáticos, la mayor parte marinos; existen formas individuales y coloniales; algunos viven fijos al sustrato y otros son nadadores (forma medusa). Su cuerpo tiene la forma de un saco o bolsa con una cavidad gastral que se abre al exterior por un orificio llamado boca. Son diblástidos y con simetría radial dada por una corona de tentáculo que rodea a la boca. Su estructura; La pared del cuerpo tiene dos capas embrionarias, ectodermo y endodermo, además de la masa gelatinosa intermedia o mesoglea, que en las medusas se encuentran muy desarrollada, al grado de que el peso de su cuerpo corresponde en un 90 ó 95% al agua. En el ectodermo se localizan tres tipos de células, las mioepiteliales para la protección y movimientos, pues aun cuando muchas formas son fijas, sus tentáculos -98- BIOLOGIA 1
  • sí se mueven para capturar el aliento; neuronas, que se encuentran formando una red y unas células especiales, características de los celenterados llamadas cnidoblastos o nematocitos. Estas células secretan una sustancia tóxica que se libera por un filamento hueco que hace la función de una aguja para inyección al clavarse en los tejidos de algún animal que se acerque al celenterados. Los celenterados se clasifican en tres grupos: Hidrozoarios: su forma predominante es la de pólipo; hay individuos solitarios como la hydra y coloniales como la physalia. Scifozoarios; su forma predominante es la medusa; son individuos solitarios como las medusas. Antozoarios la forma predominante es la de pólipo; hay individuos solitarios (anémonas) o coloniales) corales. Los Platelmintos; ya que son animales marino, de agua dulce y terrestre; son gusanos aplanados dorsoventralmente, con simetría bilateral; triblásticos y acelomados. Su nivel de organización es de órganos y ya hay un principio de cefalización, es decir, que se distingue la cabeza con los órganos de los sentidos del resto del cuerpo. Los órganos integran aparatos y sistemas muy simples. Por ejemplo, el aparato digestivo es cerrado, o sea, que sólo tiene boca y carece de ano; el sistema nervioso es ganglionar; los excretos están representados por unas células flamígeras; en cuanto al sistema reproductor, son hermafroditas y en algunos casos con autofecundación. Hay platelmintos de vida libre y parásitos, los platelmintos se dividen en tres grupos; Los turbeláridos, son gusaniux de vida libre, acuáticos; el ejemplo representativo es la planaria, que mide aproximadamente 4 ó 5 cm. En la parte anterior del cuerpo, correspondiente la cabeza de forma triangular, se localiza dos aurículas, que son estructuras quimiorreceptores, y dos ocelos u ojos rudimentarios, que le permite captar cambios de intensidad luminosa. La boca se abre en la parte media ventral. Los trematodos, son gusanos parásitos; la especie representativa es la Fasciola hepática, que parasita el hígado de los carneros y ocasionalmente del hombre. La boca se abre en el extremo anterior del cuerpo en una ventana con la que se fija y succiona el alimento de los tejidos del huésped. Los cestodos, son gusanos parásitos que por sus hábitos de vida desarrollan mucho su aparato reproductor. Un ejemplo es la Tenia o solitaria que parasita en el intestino del hombre. Su cuerpo llega a medir varios metros y está segmentado. El primer segmento se llama escólex y está armado de ganchos y ventosas que le permiten adherirse a los tejidos del huésped. Esta especie presenta autofecundación. Los Nematelmintos, son los llamados gusanos redondos, algunos son de vida libre y otros parásitos. Tiene simetría bilateral, son triblásticos y pseudocelomados. Su nivel de organización es de órganos, aparatos y sistemas. El Aparato digestivo es abierto (con boca y ano); el aparato reproductor está muy desarrollado; hay machos y hembras, es decir, son unisexuales. El ejemplo característico es le Ascaris lumbricoides o lombriz intestinal, en la que es muy marcado el dimorfismo sexual, ya que hay diferencias notables entre el macho y la hembra: La forma del cuerpo de la hembra es recta y en el macho el extremo posterior está enroscada cuenta con dos espinas genitales de las que carece la hembra. -99- BIOLOGIA 1
  • En cuanto al tamaño, la hembra mide entre 20 y 25 cm y el macho entre 10 y 15 cm. Los Anélidos, son llamados gusanos anillados ya que su cuerpo está dividido en una serie de segmentos o metámeros que representan un avance evolutivo, pues cada segmento implica la posibilidad de una especialización para determinadas funciones. Los anélidos son organismos de vida libre aunque los hay ectoparásitos, tienen simetría bilateral, son triblásticos y celomados. Presentan en cada segmento del cuerpo cerdas o quetas, que por coordinación muscular se mueven provocando el desplazamiento del gusaniux. El aparto digestivo es abierto, pero más complejo que en los nematelmintos, ya que no es un tubo recto que empieza en la boca y termina n el ano, sino que en la parte anterior presenta ensanchamientos que funcionan como un estómago anterior y un estómago posterior. En este grupo aparece el sistema circulatorio abierto con un vaso dorsal contráctil o corazón. Se llama abierto porque la sangre no está circulando siempre dentro de vasos, sino que sale a las llamadas lagunas sanguíneas. Son hermafroditas, pero la fecundación es cruzada. El sistema nervioso es ganglionar y se encuentra en posición ventral. Los anélidos se dividen en cuatro grupos: Los arquianélios, anélidos primitivos de vida marina, poliquetos, anélidos con muchas quetas; son marinos y el ejemplo característico es el Nereis. Los Oligoquetos, anélidos con pocas quetas, viven en aguas dulces o son terrestres. Ejemplo, la lombriz de tierra o Lumbricus terrestris. Los hirudíneos, no tienen quetas, viven en aguas dulces. El ejemplo representativo es la sanguijuela, que tiene ventosas para fijarse a los organismos que parasita y para succionar su sangre. Los Artrópodos, son animales de simetría bilateral, triblásticos y celomados. Presentan segmentación o metamerización que debido al exoesqueleto no es tan evidente como en los anélidos, pero se detecta porque para cada segmento hay un par de patas o apéndices. Es decir que si encontramos tres pares de apéndices en el tórax, significa que esta región del cuerpo está formada por tres segmentos. La clasificación de los artrópodos actuales se clasifican en cuatro grupos: Arácnidos, Miriápodos, Crustáceos, Insectos. Los Arácnidos, su cuerpo está dividido en dos regiones, cefalotórax y abdomen. En la parte anterior del cefalotórax hay un par de patas llamadas quelícero, que en las arañas tienen glándulas venenosas. A estos apéndices característicos sigue un par de apéndices sensoriales llamados pedí palpos y luego cuatro pares de patas caminadoras. En el abdomen no hay apéndices. Cuenta con glándulas secretoras de seda (hileras) que se localiza en el abdomen. Sólo presentan ojos simples. Los Miriápodos, cuentan con un par de apéndices llamados forcípulas con glándulas venenosas. Se encuentras segmentado con uno o dos partes de patas por cada segmento de su cuerpo. Sólo tienen ojos simples. Son ejemplos de este grupo el ciempiés y el milpiés. Los Crustáceos, tienen un cuerpo dividido en dos regiones, cefalotórax y abdomen. El esqueleto de quitina está impregnado de sales calcáreas que le dan más dureza. Son acuáticos, marinos o de agua dulce. Presentan dos pares de antenas, patas torácicas caminadoras y capturadoras de alimento; paras abdominales nadadoras y en le último segmento del cuerpo unos apéndices que hacen la función de timón para dar -100- BIOLOGIA 1
  • dirección al movimiento. Los ejemplos más característicos son los camarones, langostas, langostinos, jaibas, cangrejos, etc. Todos explotables para recursos alimenticios. Los insectos, tienen un cuerpo dividido en tras regiones, cabeza, tórax y abdomen. Tienen un par de antenas en la cabeza, así como ojos simples y compuestos. Presentan, así como ojos simples y compuestos. Presentan aparatos bucales de acuerdo con su forma de nutrición (picadores, succionadores, masticadores, lamedores, etc.) El tórax con tres segmentos con un de patas cada uno. Con un o dos pares de alas en la parte dorsal del tórax. Presentan desarrollo por metamorfosis. Los Moluscos, son animales de simetría bilateral con tendencia a la simetría; son triblásticos y celomados: sus tegumentos secretan conchas o caparazones de diferentes formas que se utilizan como base para la clasificación. Su sistema muscular está alternamente desarrollo, como e el pie de los caracoles o en las estructuras que abre y cierra las conchas de las almejas. Presentan un repliegue llamado manto cubre la masa visceral. La respiración en los acuáticos es por branquias y en los terrestres por una estructura que funciona como pulmón. El sistema circulatorio es abierto. Se les relaciona evocativamente con anélidos ya que sus larvas Veliger tienen semejanzas con la larva trocófa. Los Equinodermos, son marinos, de simetría radial aunque en a larva es bilateral, triblásticos y celomados. Tienen un esqueleto externo formado por placas y espinas calcáreas. Su característica fundamental es presentar un aparato acuífero, que consta de una serie de canales con un conducto común que se abre en una placa finamente perforada llamada madreporita. Los canales se distribuyen radicalmente, y representan gran cantidad de protuberancias llamadas pies ambulacrales, que atraviesan las placas calcáreas del esqueleto. Al circular el agua por los canales, los pies se hacen turgentes y les sirven para el desplazamiento. Este se divide en cinco grupos: los crinoideos, ellos viven fijos al fondo del mar por un pedúnculo. Ejemplo, tenemos los lirios de mar. Los Asteroideos, ejemplo la estrella de mar, los Oriuroideos, estos tienen un disco central y brazos con movimientos serpentiformes. Ejemplo, las serpientes de mar. Los Equinoideos, son de forma esférica o circular, sin brazos. Ejemplo, las galletas y los erizos de mar. Los Holoturoideos, alargados, sin brazos y con tentáculos rodeando la boca, ejemplo, el pepino de mar. Los cordados son animales acuáticos o terrestres, con simetría bilateral, triblásticos y celomados. Se distinguen por tres características básicas: como la presencia de notocorda, la notocorda es una cuerda media dorsal de tejido mesodérmico, que sirve como eje central del cuerpo. Todos los cordados la presentan, siempre o por lo menos en una parte de su vida. Por ejemplo, en los vertebrados sólo presentan en etapas embrionarias porque después es sustituida por la columna vertebral. Lo único que queda de ella es le núcleo pulposo de los discos intervertebrales. Después otra característica es el sistema nervioso dorsal, los grupos descritos anteriormente se llaman invertebrados y aquellos que presentan sistema nervioso lo tienen en posición ventral. Los cordados se caracterizan por tenerlo en posición dorsal. -101- BIOLOGIA 1
  • Después por presencia de hendeduras branquiales, las bolsas branquiales, en algunos cordados como los peces, permanecen abiertas como órganos para la respiración; en otros, dichas hendeduras sólo permanecen abiertas en etapas embrionarias, pero luego se cierran y se transforman en otras estructuras. Otras características de los cordados son las siguientes: la piel puede formar diferentes derivados (escamas, uñas, pelo, plumas, etc.) el aparato digestivo es complicado, con glándulas anexas. El transporte de gases para la respiración puede ser branquial, pulmonar o cutáneo. El sistema circulatorio cerrado con un órgano central que es el corazón. Sistema excretor con órganos importantes llamados riñones, aparato reproductor complejo. Son unisexuales y en muchos casos con dimorfismo sexual. Pueden tener fecundación externa; o fecundación interna. Pueden ser ovíparos o vivíparos. Su clasificación, su clasifican en dos grupos: protocordados o cordados primitivos y vertebrados, los cuales a su ves se dividen en peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Los peces, son organismos acuáticos; tienen un cuerpo cubierto de escamas. El cuerpo tiene forma aerodinámica que facilita se desplazamiento en el medio ambiente acuático. Se mueven por órganos llamados aletas que generalmente son membranosas, sostenidas por rayos cartilaginosos. Las aletas se denominan de acuerdo con su posición en el cuerpo (dorsal, pectoral, ventral, caudal). El corazón presenta dos cavidades, una aurícula y un ventrículo. La captación de oxígeno para la respiración es por medio de branquias. La fecundación es externa. Son poiquilotermos, es decir, que no mantienen una temperatura constante, sino que la cambian según las variaciones del medio ambiente. Como ejemplos de peces cartilaginosos están el tiburón y la manta raya, y de peces óseos la carpa y el salmón. Los anfibios son organismos de la vida terrestre en la etapa adulta y acuáticos en a etapa larvaria, por lo que reciben el nombre de anfibios. Las larvas acuáticas tienen respiración branquial y los adultos, pulmonar. La piel es desnuda y se protege de la desecación por secreciones de glándulas mucosas. El corazón presenta tres cavidades, dos aurículas y un ventrículo. Aunque los adultos son terrestres, viven en lugares cercanos al agua, ya que la fecundación es externa y debe hacerse en el agua. Son poiquilotermos. Su desarrollo es por metamorfosis, es decir, que pasan por varios estados larvarios. Ejemplo característico es la rana. Los reptiles son organismos de vida terrestre, aunque hay algunos acuáticos en ciertos momentos de su vida, como las tortugas. Presentan su cuerpo cubierto de escamas gruesas o por placas que pueden llegar a constituir verdaderos caparazones. El corazón presenta tres cavidades, dos aurículas y un ventrículo, excepto en el grupo de los cocodrilos, que tienen cuatro; la captación de oxígeno es por un sistema pulmonar. Son poiquilotermos. La fecundación es interna y son ovíparos. Las aves son organismos cuyo cuerpo se encuentra cubierto de plumas; las extremidades anteriores están modificadas como alas para el vuelo. El corazón presenta cuatro cavidades, dos aurículas y dos ventrículos. La captación de oxígeno es por un sistema pulmonar. Son homeotermos, es decir, que regulan su temperatura manteniéndola constante a pesar de los cambios de temperatura del medio ambiente. La fecundación es interna y son ovíparos. -102- BIOLOGIA 1
  • Los mamíferos son los que presentan el cuerpo cubierto de pelo. Tienen glándulas mamarias para a secreción de leche. El corazón es de cuatro cavidades, dos aurículas y dos ventrículos. La captación de oxígeno es mediante in sistema pulmonar. Son homeotermos. La fecundación es interna y se desarrollan casi siempre dentro de la madre, o sea, que son vivíparos. CLASIFICACIÓN ANIMAL GENERAL Criterios de clasificación: Presencia o ausencia de huesos Aparato digestivo, respiratorio, circulatorio y sistema nervioso. Presencia o ausencia de celoma (cavidad interna protegida por tejido epitelial). Características de los Animales. 1.- Protozoarios.- son animales unicelulares, acuáticos, algunos son parásitos medios de locomoción, según su especie y se clasifican en: Ciliados.- se desplaza o se mueven con cilios. Flagelados.- con flagelos Rizopos.- se desplazan por medio de falsos pies. 2. Invertebrados a. Nematelmintos b. Artrópodos c. Moluscos Equinodermos 3. Vertebrados Anfibios Reptiles Peces Aves Mamíferos Invertebrados Son animales que carecen de huesos se clasifican en: Poríferos.- Animales acuáticos, su cuerpo es cubierto por poros, viven adheridos en el fondo del mar. Ejemplo: esponjas. Celenterados.- Animales acuáticos en aguas dulces y marinas, viven en colonias, a cada individuo se le llama zooide. Presentan células urticantes. Ejemplos: corales, medusas, aguas malas. -103- BIOLOGIA 1
  • Platelmintos.- Son gusanos planos, libres o parásitos, hermafroditas, se reproducen por medio de huevecillos y algunas parasitan al hombre. Ejemplo: duela del carnero. Nematelmintos.- Son gusanos redondos y lisos, unisexuales, su aparato digestivo es completo y abierto, todos son parásitos. Ejemplo: lombriz intestinal, filaria, triquina. Anélidos.- Son gusanos redondos y segmentados, a cada segmento se le llama metalero, pueden ser acuáticos o terrosos, construyen galerías son hermafroditas con fecundación cruzada. Y se reproducen por medio de huevo. Ejemplo: lombriz, sanguijuela. Artrópodos.- Son animales que ya presentan su cuerpo dividido en cabeza, tórax, abdomen y patas articuladas. Su clasifican en cuatro grupos que son: Insectos.- Animales que presentan 3 pares de patas, 2 antena, 2 o 4 alas y sufren metamorfosis. Ejemplo: mosca, mariposa. Arácnidos.- presentan dos pedí-palpos que son estructuras para capturar a sus presas, tienen 4 pares de patas, su cabeza esta unida al tórax y viven en las regiones áridas. Ejemplo: araña, escorpión. Crustáceos.- Su cuerpo esta cubierto por una cabeza, tienen 4 pares de patas y 2 pares de antenas, se reproducen por medio de huevos. Ejemplo: camarón, cangrejo. Miriápodos.- Son animales de cuerpo aplanado y divididos en segmentos, presentan un par de patas en cada segmento. Ejemplo: ciempiés, tijerillas. Moluscos.- Animales acuáticos o terrestre, su cuerpo es blando, algunos tienen conema y algunos otros poseen tentáculos. Se reproducen por medio de huevo. Ejemplo: pulpo, caracol, ostión. Equinodermos.- Son acuáticos y marinos, su cuerpo presenta cinco ejes, viven en el fondo del mar y pueden adherirse a las rocas. Ejemplo: estrella de mar, erizó. Vertebrados. Son animales pluricelulares que ya poseen columna vertebral, se clasifican en: Anfibios.- Viven en 2 medios, tienen 4 extremidades que terminan en 4 o 5 dedos cada unas, su piel esta cubierta por viscosidad, son unisexuales, ovíparos y sufren metamorfosis. Ejemplo: rana, sapo, salamandra. Reptiles.- Su cuerpo cubierto de escamas o caparazón, sus patas son muy cortas o carecen de ellas, por esta razón se arrastran, su respiración es pulmonar, son ovíparos, algunos son venenosos o inyectan ponzoña al hombre. Ejemplo: víbora, camaleón. Peces.- Son acuáticos, su cuerpo cubierto por escamas, sus extremidades se llaman aletas, su respiración es bronquial, acrecen de párpados, presentan vejiga natatoria que permite su estabilidad. Ejemplo: atún, caballitos de mar, guachinango. -104- BIOLOGIA 1
  • Aves.- Su cuerpo cubierto de plumas, sus maxilares se llaman pico, sus huesos de las alas son huecos, sus patas están adaptadas al caminar, nadar, a la carrera. Su respiración es pulmonar y todos son ovíparos. Ejemplo: Águila, tucán. Mamíferos.- cuerpo cubierto de pelo, presentan glándulas mamarias que en los hombres producen leche para alimentar a sus crías, es vivíparo, su respiración es pulmonar, sus extremidades: uña, pezuña, garra; su alimentación es variada, pueden ser acuáticos y terrestres y son los seres más evolucionados. Ejemplo: murciélago, jaguar, ballena, hombre. Los mamíferos en 13 ordenes que sean: Monotremas M Ornitorrinco M Marsupiales M Canguro M Insectívoros M Topo M Quirópteros M Murciélago M Primates Mono M Hombre M Endentados M Oso Hormiguero M Roedores M Castor M Cetáceos M Ballena M Carnívoro M Lobo M Proboscidios M Elefante M Sirenios M Manatí M Perisodocilos M Caballo M Antidáctilos M Camello 5.5.6. Virus. Los virus son parásitos intracelulares obligados, partículas compuestas de material genético (ADN o ARN, pero no ambos) rodeado por una cubierta proteica protectora. Fuera del huésped son inertes; dentro, entran en una fase dinámica en la que se replican, utilizando las enzimas de la célula huésped, sus ácidos nucleicos, sus aminoácidos y sus mecanismos de reproducción. Así, llevan a cabo lo que no pueden realizar solos. La replicación viral conlleva, a menudo, perjuicios para el hospedador: enfermedades como el herpes, la rabia, la gripe, algunos cánceres, la poliomielitis y la fiebre amarilla, son de origen vírico. Entre los 1.000 a 1.500 virus conocidos, hay unos 250 que causan enfermedades en los seres humanos (unos 100 de los cuales, provocan el resfriado común), y otros 100 infectan a distintos animales. Características Los virus son parásitos intracelulares submicroscópicos, compuestos por ARN o por ácido desoxirribonucleico (ADN) —nunca ambos— y una capa protectora de proteína o de proteína combinada con componentes lipídicos o glúcidos. En general, el ácido nucleico es una molécula única de hélice simple o doble; sin embargo, ciertos virus -105- BIOLOGIA 1
  • tienen el material genético segmentado en dos o más partes. La cubierta externa de proteína se llama cápsida y las subunidades que la componen, capsómeros. Se denomina nucleocápsida, al conjunto de todos los elementos anteriores. Algunos virus poseen una envuelta adicional que suelen adquirir cuando la nucleocápsida sale de la célula huésped. La partícula viral completa se llama virión. Los virus son parásitos intracelulares obligados, es decir: sólo se replican en células con metabolismo activo, y fuera de ellas se reducen a macromoléculas inertes. El tamaño y forma de los virus son muy variables. Hay dos grupos estructurales básicos: isométricos, con forma de varilla o alargados, y virus complejos, con cabeza y cola (como algunos bacteriófagos). Los virus más pequeños son icosaédricos (polígonos de 20 lados) que miden entre 18 y 20 nanómetros de ancho (1 nanómetro = 1 millonésima parte de 1 milímetro). Los de mayor tamaño son los alargados; algunos miden varios micrómetros de longitud, pero no suelen medir más de 100 nanómetros de ancho. Así, los virus más largos tienen una anchura que está por debajo de los límites de resolución del microscopio óptico, utilizado para estudiar bacterias y otros microorganismos. Muchos virus con estructura helicoidal interna presentan envueltas externas (también llamadas cubiertas) compuestas de lipoproteínas, glicoproteínas, o ambas. Estos virus se asemejan a esferas, aunque pueden presentar formas variadas, y su tamaño oscila entre 60 y más de 300 nanómetros de diámetro. Los virus complejos, como algunos bacteriófagos, tienen cabeza y una cola tubular que se une a la bacteria huésped. Los poxvirus tienen forma de ladrillo y una composición compleja de proteínas. Sin embargo, estos últimos tipos de virus son excepciones y la mayoría tienen una forma simple. Replicación Los virus, al carecer de las enzimas y precursores metabólicos necesarios para su propia replicación, tienen que obtenerlos de la célula huésped que infectan. La replicación viral es un proceso que incluye varias síntesis separadas y el ensamblaje posterior de todos los componentes, para dar origen a nuevas partículas infecciosas. La replicación se inicia cuando el virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta y el ADN o ARN viral se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la síntesis de proteínas. El ácido nucleico del virus se autoduplica y, una vez que se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápsida, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus. Una única partícula viral puede originar una progenie de miles. Determinados virus se liberan destruyendo la célula infectada, y otros sin embargo salen de la célula sin destruirla por un proceso de exocitosis que aprovecha las propias membranas celulares. En algunos casos las infecciones son ‘silenciosas’, es decir, los virus se replican en el interior de la célula sin causar daño evidente. Los virus que contienen ARN son sistemas replicativos únicos, ya que el ARN se autoduplica sin la intervención del ADN. En algunos casos, el ARN viral funciona como ARN mensajero, y se replica de forma indirecta utilizando el sistema ribosomal y los precursores metabólicos de la célula huésped. En otros, los virus llevan en la cubierta una enzima dependiente de ARN que dirige el proceso de síntesis. Otros -106- BIOLOGIA 1
  • virus de ARN, los retrovirus, pueden producir una enzima que sintetiza ADN a partir de ARN. El ADN formado actúa entonces como material genético viral. Durante la infección, los bacteriófagos y los virus animales difieren en su interacción con la superficie de la célula huésped. Por ejemplo, en el ciclo del bacteriófago T7, que infecta a la bacteria Escherichia coli, no se producen las fases de adsorción ni de descapsidación. El virus se fija primero a la célula y, después, inyecta su ADN dentro de ella. Sin embargo, una vez que el ácido nucleico entra en la célula, los eventos básicos de la replicación viral son los mismos. Fuera de una célula hospedante, un virus es una partícula inerte. Pero una vez dentro de la célula, el virus se reproduce muchas veces y forma miles de individuos que abandonan la célula para buscar otras a las que parasitar. Los virus patógenos actúan destruyendo o dañando las células cuando abandonan aquéllas en las que se han reproducido Propagación Los virus se propagan pasando de una persona a otra, causando así nuevos casos de la enfermedad. Muchos de ellos, como los responsables de la gripe y el sarampión, se transmiten por vía respiratoria, debido a su difusión en las gotículas que las personas infectadas emiten al toser y estornudar. Otros, como los que causan diarrea, se propagan por la vía oral-fecal. En otros casos, la propagación se realiza a través de la picadura de insectos, como en el caso de la fiebre amarilla y de los arbovirus. Las enfermedades virales pueden ser endémicas (propias de una zona), que afectan a las personas susceptibles, o epidémicas, que aparecen en grandes oleadas y atacan a gran parte de la población. Un ejemplo de epidemia es la aparición de la gripe en todo el mundo, casi siempre, una vez al año. Tratamiento Los tratamientos que existen contra las infecciones virales no suelen ser del todo satisfactorios, ya que la mayoría de las drogas que destruyen los virus también afectan a las células en las que se reproducen. La alfa-adamantanamina se utiliza en algunos países para tratar las infecciones respiratorias causadas por la gripe de tipo A y la isatin-beta-tiosemicarbazona, efectiva contra la viruela. Ciertas sustancias análogas a los precursores de los ácidos nucleicos, pueden ser útiles contra las infecciones graves por herpes. Un agente antiviral prometedor es el interferón, que es una proteína no tóxica producida por algunas células animales infectadas con virus y que puede proteger a otros tipos de células contra tales infecciones. En la actualidad se está estudiando la eficacia de esta sustancia para combatir el cáncer. Hasta hace poco, estos estudios estaban limitados por su escasa disponibilidad, pero las nuevas técnicas de clonación del material genético, permiten obtener grandes cantidades de ésta proteína. En unos años se podrá saber si el interferón es realmente eficaz como agente antiviral. -107- BIOLOGIA 1
  • El único medio efectivo para prevenir las infecciones virales es la utilización de vacunas. La vacunación contra la viruela a escala mundial en la década de 1970, erradicó esta enfermedad. Se han desarrollado muchas vacunas contra virus humanos y de otros animales. Entre las infecciones que padecen las personas se incluyen la del sarampión, rubéola, poliomielitis y gripe. La inmunización con una vacuna antiviral estimula el mecanismo autoinmune del organismo, el cual produce los anticuerpos que le protegerán cuando vuelva a ponerse en contacto con el mismo virus. Las vacunas contienen siempre virus alterados para que no puedan causar la enfermedad. Infecciones en plantas Los virus originan gran variedad de enfermedades en las plantas y daños serios en los cultivos. Las más comunes se producen por el virus del mosaico amarillo del nabo, el virus X de la patata (papa) y el virus del mosaico del tabaco. Los vegetales tienen paredes celulares rígidas que los virus no pueden atravesar, de modo que la vía más importante para su propagación la proporcionan los animales que se alimentan de ellos. A menudo, los insectos inoculan en las plantas sanas los virus que llevan en su aparato bucal, procedentes de otras plantas infectadas. También los nematodos, gusanos cilíndricos, pueden transmitir la infección cuando se alimentan de las raíces. Los virus vegetales pueden acumularse en cantidades enormes en el interior de la célula infectada. Por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco puede representar hasta el 10% del peso en seco de la planta. Los estudios de la interacción entre estos virus y las células huéspedes son limitados, ya que la infección se realiza a través de un insecto vector. Además, no se suele disponer en el laboratorio de los cultivos celulares susceptibles de ser infectados por virus vegetales. Estructura viral Algunos bacteriófagos (virus que parasitan bacterias), izquierda, tienen una estructura bastante complicada y elaborada. El fago T4, representado aquí, consta de cinco proteínas y de las siguientes partes: cabeza, cola, un cuello o collar, placa basal y unas fibras a modo de patas. Por contra, un virus de la gripe, derecha, es más simple. Una envuelta lipídica envuelve el caparazón proteico, o cápsida, el cual, como en el bacteriófago, encierra el material genético enrollado. Desde esta envuelta se proyectan dos tipos de proteínas a modo de púas, que determinan las propiedades infectivas del virus. Los hospedadores humanos deben producir nuevas defensas inmunes cada vez que éstas mutan; de aquí las vacunaciones anuales que se realizan. -108- BIOLOGIA 1