Biologia General

____________________________________________________________________________Biología General

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BIOLOGÍA GENERAL

Biól. Prof. Leticia Garcia

TÉCNICO SUPERIOR BIOTECNOLOGÍA Y ANÁLISIS QUÍMICO-BIOLÓGICO


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ÍNDICE

A modo de introducción 5

Programa de Biología General 7

Unidad N° 1 9

Introducción 9

Características de los seres vivos 9

Niveles de organización 12

Clasificación de los seres vivos 14

Dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas 15

Actividades 17

Unidad N° 2 19

El Agua 19

El papel central del carbono 21

Actividades 23

Unidad N° 3 24

Células procariotas y eucariotas 24

La membrana plasmática 26

Otras estructuras externas a la membrana plasmática 28

El núcleo 29

Ácidos nucleicos: ADN y ARN 31

Retículo Endoplasmático 32

Aparato de Golgi 33

Lisosomas 34

Cloroplastos 34

Mitocondrias 36

Matriz citoplasmática y citosol 37

Citoesqueleto 37


3

Movimiento celular 39

Actividades 40

Unidad N° 4 42

Tipos de transporte desde y hacia la célula 42

Actividades 45

Unidad N° 5 46

Enzimas 46

ATP 47

Actividades 49

Unidad N° 6 50

El proceso fotosintético 50

Glucólisis y respiración celular 51

Actividades 53

Unidad N° 7 54

Ciclo celular: fases 54

Mitosis 55

El control de la proliferación celular y el cáncer 57

Actividades 58

Unidad N° 8 59

Meiosis 59

Consecuencias de la meiosis 60

Comparación entre mitosis y meiosis 61

Actividades 62

Unidad N° 9 63

Estructura del ADN 63

Replicación del ADN 66

Actividades 69

Unidad N° 10 70

Procesos involucrados en la síntesis proteica 70

Tipos de ARN 70

Transcripción: copia de ARNm desde la secuencia de ADN 71


4

Traducción del ARN en proteína 71

Actividades 76

Unidad N° 11 78

Introducción a la Microbiología 78

Bacterias 78

Levaduras 81

Fermentación 82

Usos de los microorganismos 83

Actividades 84

Bibliografía 86

Bibliografía consultada 86

Bibliografía recomendada 86


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BIOLOGÍA GENERAL

A MODO DE INTRODUCCIÓN

Le presentamos aquí su material de estudio para Biología General. Desde

esta asignatura, se pretende que usted logre una aproximación a muchos

conocimientos biológicos que constituyen herramientas básicas para el futuro

Técnico/a Superior en Biotecnología y Análisis Químico Biológico. Le

recomendamos que lo tenga siempre a mano porque le servirá para la consulta

permanente durante toda su Carrera.

Nuestros objetivos generales son:

Reconocer las características fundamentales de los seres vivos.

Establecer relaciones integradoras entre estructura y función.

Adquirir los conceptos necesarios para facilitar el estudio ulterior de los

microorganismos y su rol biotecnológico.

Emplear correctamente la terminología básica de la Biología en su expresión

gráfica, oral y escrita, para facilitar la comunicación del educando con sus

pares de áreas relacionadas.

Adquirir entrenamiento para obtener información bibliográfica sobre temas

biológicos.

Los contenidos generales de esta materia son:

1. Características diferenciales de los seres vivos.

2. La célula.

3. ADN, ARN, organización

4. Crecimiento y división celular

5. Introducción a la microbiología


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¿Cómo está organizada la materia?

El programa está dividido en 11 unidades, y en cada una de ellas Ud.

encontrará textos, esquemas y fotografías ilustrativas para la mejor comprensión de

los temas.

Además, hemos incorporado una sección de Actividades que tienen como

objetivo reafirmar los conceptos nuevos aprendidos, relacionarlos entre sí y

con conceptos anteriores.

La docente estará a su disposición durante las clases de consulta, las cuales servirán

para aclarar cualquier tipo de duda que usted tenga. El día y horario serán

convenidos entre todos los alumnos el primer día de clases.

Además, en los encuentros tutoriales mensuales, luego de aclarar cualquier duda que

pudiera haber, se realizará una evaluación referida a las actividades que se hayan

realizado durante el mes.


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PROGRAMA DE BIOLOGÍA GENERAL

Unidad Nº 1: Introducción

Características diferenciales de los seres vivos. Clasificación de los seres vivos.

Niveles de organización.

Unidad Nº 2: Las moléculas de los seres vivos

El agua. El papel central del carbono. Biomoléculas: Glúcidos. Lípidos. Proteínas.

Ácidos nucleicos.

Unidad Nº 3: La célula: estructura y función

Células procariotas y eucariotas. Membranas. El núcleo. El citoplasma. Orgánulos

celulares. Citoesqueleto. Movimiento celular.

Unidad Nº 4: Transporte de moléculas

Movimiento de agua y solutos. Difusión. Ósmosis. Difusión facilitada. Transporte

activo. Proteínas de transporte. Transporte mediado por vesículas.

Unidad Nº 5: Flujo de energía

Enzimas: estructura y función. Cofactores y coenzimas. El ATP.

Unidad Nº 6: Fotosíntesis y Respiración celular

Etapas de la fotosíntesis. Reacciones de captura de energía. Reacciones de fijación de

carbono. Productos de la fotosíntesis.

Glucólisis. Ciclo de Krebs. Transporte terminal de electrones. Rendimiento

energético.

Unidad Nº 7: Reproducción celular

El ciclo celular. Mitosis. Citocinesis. Proliferación celular y cáncer.

Unidad Nº 8: Meiosis y reproducción sexual

Reproducción sexual: fecundación y meiosis. Etapas de la meiosis. Consecuencias de

la reproducción sexual.

Unidad Nº 9. La base química de la herencia


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Estructura química del DNA. La doble hélice. Replicación del DNA. Mecanismo de la

replicación.

Unidad Nº 10. El código genético y su traducción

Genes y proteínas. Los RNAs: tipos, función y síntesis. El código genético.

Mecanismo de síntesis de proteínas.

Unidad Nº 11. Introducción a la Microbiología

Bacterias: nutrición y reproducción. Levaduras. Fermentación. Usos de los

microorganismos: industria farmacéutica, industria alimentaria, producción

energética.


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UNIDAD N° 1

INTRODUCCIÓN

La Biología es una ciencia muy antigua. Desde hace muchos siglos, los hombres

empezaron a estudiar los seres vivos en un intento por resolver los enigmas e

interrogantes de la vida.

La Biología es la ciencia de la vida ya que estudia las formas que adoptan los

seres vivos, su estructura, función, crecimiento, evolución, interrelaciones, etc. Es,

actualmente, una ciencia tan amplia y abarca tantos temas que los biólogos han

debido especializarse en alguna de las ciencias biológicas: zoología, botánica,

anatomía, fisiología, embriología, histología, genética, taxonomía, ecología, etc.

CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

¿Cómo podemos saber si “algo” es un ser vivo o es materia inerte? En

principio es fácil determinar que una persona, una mosca, los palos

borrachos y los caracoles son seres vivos, mientras que el aire y las piedras no lo son.

Encontrar una definición de vida parece sencillo pero no lo es tanto. Se hace

necesario, entonces, hacer un recuento de las características que comparten todos los

seres vivos, a fin de establecer criterios que nos permitan distinguir entre la materia

viva y la inerte.

Los organismos vivos presentan una serie de atributos o características

particulares que los describen. Las más importantes son:

Metabolismo: En todos los seres vivos ocurren reacciones químicas que son

esenciales para la nutrición, el crecimiento, la reproducción y el

mantenimiento de la vida en general. La suma de todas estas actividades


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recibe el nombre de metabolismo. Se dice que un organismo ha muerto

cuando su metabolismo se ha detenido definitivamente.

Organización específica: Los seres vivos no son homogéneos, sino que están

integrados por diferentes partes, cada una de ellas con funciones especiales. Si

bien los organismos varían enormemente en tamaño y apariencia todos están

formados por unidades básicas denominadas células.

Homeostasis: Los procesos metabólicos deben ser cuidadosa y

constantemente regulados para mantener un estado de equilibrio. El conjunto

de mecanismos altamente eficientes y sensibles por los que las células

mantienen su equilibrio interno recibe el nombre de homeostasis. La

regulación de la temperatura corporal en el ser humano es un buen ejemplo de

cómo operan estos mecanismos homeostáticos. Si la temperatura aumenta más

allá de los 37 ºC (la temperatura normal), unas células especializadas detectan

esta diferencia y envían a las glándulas sudoríparas la orden de aumentar la

secreción de sudor. La evaporación del sudor humedece la piel, y favorece la

pérdida de calor por intercambio con el ambiente. De la misma manera,

cuando la temperatura corporal desciende con respecto a la normal se

desencadenan procesos como los escalofríos que son rápidas contracciones

musculares que producen calor y ayudan al organismo a recuperar su

temperatura perdida.

Crecimiento: El crecimiento puede definirse como el aumento de la cantidad

de materia viva de un organismo, que da como resultado un incremento en el

número y/o en el tamaño de las células que lo componen.

Movimiento: Es otra característica de los seres vivos, pero es necesario

distinguir entre movimiento y locomoción (que es el desplazamiento de un

lugar a otro). El movimiento de casi todos los animales es muy obvio, pero en

el caso de las plantas resulta casi imperceptible, aunque sin lugar a dudas

existe.

Irritabilidad: Los seres vivos son capaces de detectar estímulos y responder a

ellos. Los estímulos son cambios físicos o químicos (temperatura, presión,


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composición química, sonido, luz, etc.) en el medio externo o interno. La

respuesta que efectúan los seres vivos se denomina reacción o respuesta. En los

animales complejos como el ser humano, algunas células del cuerpo están

muy especializadas para reaccionar a ciertos tipos de estímulos, así, por

ejemplo, las células de la piel detectan cambios de temperatura exterior,

presión, etc.

Reproducción: Ésta es, quizás, la característica que puede considerarse

esencial de los seres vivientes: toda forma de vida proviene de otra forma de

vida parecida que le dio origen. La reproducción puede ser asexual o sexual.

La reproducción asexual (o sea, sin contacto sexual entre distintos individuos)

ocurre en organismos simples como los protozoos y las bacterias que se

dividen por fisión simple (se dividen en dos); las levaduras que lo hacen por

gemación (producción de gemas); algunas plantas que pueden emitir

estolones, yemas, gajos, etc., e incluso algunos animales. La reproducción

sexual ocurre por unión de células especializadas llamadas gametos (en el ser

humano son los óvulos de las mujeres y los espermatozoides de los varones)

que dan lugar a un huevo o cigoto que se desarrollará desde ese momento

como un nuevo ser. Cuando la reproducción es asexual los descendientes son

iguales al organismo que les dio origen porque contienen exactamente la

misma información genética, pero cuando la reproducción se realiza por vía

sexual, cada individuo “hijo” es una combinación de las características

genéticas de sus “padres”. Esta variabilidad es clave para analizar y entender

los procesos de adaptación y evolución que se tratarán más adelante.

Nutrición: Todos los seres vivos necesitan incorporar materiales desde el

medio externo a fin de poder realizar todas sus funciones vitales. Este proceso

se denomina alimentación o nutrición. Según su forma de alimentarse, los

organismos se clasifican en dos grupos:

Ι Los AUTÓTROFOS pueden producir su propio alimento a partir de

materia inorgánica utilizando energía solar, a través de un proceso


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llamado FOTOSÍNTESIS (se explicará más adelante). En este grupo

encontramos a las bacterias fotosintetizadoras, las algas y las plantas.

Ι Los HETERÓTROFOS obtienen su alimento y la energía que necesitan

de la materia orgánica de otro organismo. Son heterótrofas las

bacterias en general, los protozoos, los hongos y los animales (ver más

adelante).

NIVELES DE ORGANIZACIÓN

La materia se encuentra organizada en diferentes estructuras, desde las más

pequeñas hasta las más grandes, desde las más complejas hasta las más simples. Esta

organización determina niveles que facilitan la comprensión del objeto de estudio de

la Biología.

Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su

vez, los niveles superiores. Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por

poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las

propiedades emergentes.

Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las

propiedades de sus átomos constitutivos -hidrógeno y oxígeno-. De la misma

manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas

constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas y

diferentes de las de sus células constitutivas.

En la Tabla I-1 se describen brevemente las características de los

distintos niveles de organización de la naturaleza. Tabla I-1. Niveles de organización de los seres vivos y sus componentes.

Nivel Elementos que

lo forman Características

Ciencia que

lo estudia Ejemplos

Físico-químico Átomos y

moléculas

Es el nivel más simple. Los

átomos forman moléculas. Las

moléculas son las partículas

más pequeñas en que puede

dividirse la materia sin perder

Química,

Física y otras

Proteínas,

azúcares,

hierro, oxígeno


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Nivel Elementos que


Ciencia que

lo estudia Ejemplos

ni modificar ninguna de sus

propiedades intrínsecas

Subcelular Orgánulos Está formado por las organelas

subcelulares

Biología

celular

Núcleo, aparato

de Golgi,

membrana

plasmática

Celular Células Formado por las células,

unidades estructurales de la

vida. Todas las células tienen

un plan organizativo común.

Pueden formar individuos

unicelulares o reunirse y dar

origen a los organismos

multicelulares

Biología

celular,

Microbiología

Bacterias,

levaduras,

protozoarios

Tisular Tejidos

(epitelial,

conectivo,

nervioso,

muscular, etc.)

Las células se agrupan de

acuerdo a sus caracteres de

forma y estructura, de

actividad funcional y de estado

fisicoquímico para formar los

tejidos

Histología Conectivo,

epitelial,

nervioso

De órganos,

aparatos y

sistemas

Órganos,

aparatos y

sistemas

Los tejidos se organizan

formando estructuras

funcionales que son los

órganos. Los órganos se reúnen

coordinadamente en aparatos

(formados por distintos tipos

de tejidos) y sistemas

(formados principalmente por

un solo tipo de tejido) para

cumplir las diferentes

funciones biológicas

Anatomía Estómago,

corazón, ojos,

sistema

circulatorio,

aparato

excretor, etc.

De organismos

pluricelulares

Individuos

pluricelulares de

todas las

especies

Los organismos pluricelulares

están constituidos por un

conjunto funcionalmente

armónico y coordinado de

Zoología,

Botánica,

Medicina, y

muchas más

Hombre, ombú,

canarios,

champignon,

etc.


14

Nivel Elementos que


Ciencia que

lo estudia Ejemplos

aparatos y sistemas

Poblacional Individuos de

una especie

Los individuos no viven

aislados sino q se relacionan

con otros individuos y con su

medio. Los individuos de una

misma especie que habitan un

lugar en un momento

determinado constituyen

Ecología Enjambre de

abejas,

hormiguero

De comunidad Poblaciones de

un ambiente

determinado

Una comunidad está formada

por todas las poblaciones de

una especie o de especies

distintas que comparten un

ambiente común e

interaccionan entre sí

Ecología Maíz, plagas del

maíz, pájaros

que comen

insectos, aves

de rapiña, etc.

Ecosistema Comunidad y

ambiente físico

Se denomina ecosistema al

conjunto de seres vivios y el

espacio físico donde habitan y

se relacionan intercambiando

materia y energía

Ecología Laguna Mar

Chiquita

Biosfera Todas las

especies de la

Tierra y su

ambiente

Se considera a la biosfera como

un gran ecosistema donde

conviven alrededor de cinco

millones de especies

Ecología

CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

El tema central de la Biología es el estudio de la vida, por lo que resulta

imprescindible estudiarla dentro de un sistema de clasificación que nos permita

ordenar las miles de formas en que la vida se presenta. Dado que la unidad

fundamental de los seres vivos es la célula, en esta sección iniciaremos un recorrido

por los principales grupos de organismos teniendo en cuenta, justamente, sus

características celulares.


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Si bien existen varios sistemas de clasificación para los seres vivos. En la

actualidad el más aceptado es el que ordena o agrupa a los organismos en cinco

categorías generales denominadas reinos.

Reino Monera (bacterias y algas verdeazuladas)

Reino Protista (protozoos, algas simples)

Reino Fungi (hongos y mohos)

Reino Plantae (musgos, helechos y plantas con flores, algas complejas)

Reino Animalia (invertebrados y vertebrados)

DOS TIPOS BÁSICOS DE CÉLULAS: PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS

Los organismos más sencillos que viven actualmente corresponden al reino

Monera. Son las bacterias y las cianobacterias (las cianobacterias son capaces de

realizar fotosíntesis), constituidas por células procariotas. De acuerdo con el registro

fósil, los organismos vivos más primitivos fueron células comparativamente simples

que se parecían a los procariotas actuales.

Todos los demás reinos (Protista, Fungi, Plantae y Animalia) agrupan a los

organismos que están formados por células eucariotas y son evolutivamente más

recientes que las procarióticas.

Todos los miembros del reino Protista son organismos eucariotas unicelulares

que algunas veces se agrupan formando colonias simples, pero sin llegar a constituir

verdaderos tejidos. Son muy comunes en lagunas y otros ambientes acuáticos.

Existen dos grupos principales de protistas: los protozoos, similares a animales (por

ejemplo, los paramecios como el de la foto y las amebas) y los de tipo vegetal, que

son capaces de realizar fotosíntesis, llamados comúnmente algas simples.

El reino Fungi agrupa a todos los hongos. Estos organismos antiguamente

estaban incluidos en el reino de las plantas ya que no poseen movimiento aparente y

sus células tienen una estructura típicamente vegetal, denominada pared celular, sin

embrago, a diferencia de las plantas, los hongos no poseen clorofila y por lo tanto son

incapaces de realizar fotosíntesis. Desde el punto de vista nutricional son más

parecidos a los animales porque se alimentan de otros seres vivos (son heterótrofos),

y cumplen una importante función ecológica: la de descomponer los restos de los


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organismos muertos (de esta forma reciclan los nutrientes dentro del ecosistema). En

este grupo de los hongos incluimos los mohos (por ejemplo los que crecen sobre el

pan, los que se usan para la fabricación del queso roquefort, etc.), y los hongos

verdaderos (las levaduras utilizadas para fabricar cerveza, los hongos del pino, los

champiñones, etc.).

En el reino Plantae encontramos a las plantas, que son organismos formados

por muchas células (pluricelulares). Se alimentan mediante el proceso llamado

fotosíntesis, que se realiza en cada célula, en organelas muy especializadas llamadas

cloroplastos. Las células vegetales, además, están rodeadas por una cubierta rígida

llamada pared celular constituida básicamente por celulosa, el material con que se

fabrica el papel. Los principales grupos de plantas son los musgos y helechos (que no

poseen flores) y las plantas con flores, que son las más abundantes, como las

araucarias, los geranios, el trigo, las orquídeas, etc.

Por último, el reino de los animales abarca a todos los organismos

multicelulares cuyas células no poseen pared celular ni cloroplastos, es decir que no

pueden realizar fotosíntesis, y por lo tanto, están obligados a alimentarse de otros

seres vivos. Los animales complejos tienen un alto grado de especialización en sus

tejidos y su cuerpo está muy organizado: poseen órganos sensoriales complejos,

sistemas nerviosos y musculares, tienen la capacidad de moverse, etc. Los animales

más simples son las esponjas y los corales. En el reino Animalia también están

incluidos los moluscos (caracoles, pulpos, y almejas), las lombrices, los artrópodos

(insectos, arácnidos, y ciempiés), y los vertebrados (peces, anfibios, reptiles, aves y

mamíferos).


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ACTIVIDADES

1. Complete la siguiente tabla:

Nivel de organización

Descripción

Célula

Grupo de tejidos organizados en estructuras funcionales.

Partícula más pequeña de un elemento que aún conserva las

propiedades de éste.

Tejido

Molécula

Estructuras especializadas en el interior de las células.

2. A continuación te presentamos una lista de datos que sirven para describir los

cinco reinos en que clasificamos a los seres vivos. Anota al lado de cada Reino

las letras de las frases que le correspondan. Se puede usar cada frase todas las

veces que la necesite.

Reino Monera: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Reino Protista: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Reino Fungi: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Reino Plantae: _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Reino Animalia: _ _ _ _ _ _ _ _ _

a. Degradan la materia orgánica de los ecosistemas

b. Algunos son heterótrofos y otros autótrofos

c. No poseen clorofila

d. Células procarióticas

e. Poseen células con núcleo verdadero (eucariotas)

f. Son el grupo más primitivo en la evolución


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g. Sus células no poseen cloroplastos

h. Poseen ADN (material genético)

i. Todos son heterótrofos

j. Sus células poseen cloroplastos

k. Son unicelulares a veces parásitos y otros de vida libre

3. Una población está formada por un conjunto de individuos (marca la opción

correcta):

que se reproducen y dejan descendencia fértil.

de distintas especies que viven en un lugar y en un tiempo en común.

que tienen la capacidad de reproducirse y dejan descendencia fértil y coexisten en un mismo espacio.

de la misma o de distinta especie que viven en un lugar común.


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UNIDAD N° 2

LAS MOLÉCULAS DE LOS SERES VIVOS

EL AGUA

El agua es el líquido más común de la superficie terrestre. La molécula de agua

es polar, es decir, con dos zonas débilmente negativas y dos zonas débilmente

positivas; en consecuencia, entre sus moléculas se forman enlaces débiles.

Estos enlaces, en los que se une un átomo de hidrógeno con carga positiva débil

que forma parte de una molécula, con un átomo de oxígeno que posee carga negativa

débil y que pertenece a otra molécula, se conocen como puentes de hidrógeno. Cada

molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno con otras cuatro moléculas de

agua (Figura II-1). Aunque los enlaces individuales son débiles y se rompen

continuamente, la fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es

muy grande.

Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución

acuosa. Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias.

La sustancia presente en mayor cantidad, que es habitualmente líquida, se llama

solvente, y las sustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La

polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del

agua.

Muchas de las moléculas importantes en los sistemas vivos, como los azúcares,

tienen regiones de carga parcial positiva o negativa. Estas moléculas, por lo tanto,

atraen moléculas de agua y se disuelven en agua. Las moléculas polares que se

disuelven rápidamente en agua son llamadas hidrofílicas ("que aman al agua''). Estas

moléculas se disuelven fácilmente en agua porque sus regiones parcialmente

cargadas atraen moléculas de agua tanto o más que lo que se atraen entre sí. Las


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moléculas polares de agua compiten de este modo con la atracción existente entre las

moléculas de soluto.

Moléculas tales como las grasas, que carecen de regiones polares, tienden a ser

muy insolubles en el agua. Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua

actúan como una fuerza que excluye a las moléculas no polares. Como resultado de

esta exclusión, las moléculas no polares tienden a agruparse en el agua, al igual que

las gotitas de grasa tienden a juntarse, por ejemplo, en la superficie del caldo de

gallina. Dichas moléculas son llamadas hidrofóbicas ("que tienen aversión por el

agua") y los agrupamientos se producen por interacciones hidrofóbicas.

Figura II-1. Modelo que representa la formación de puentes de hidrógeno entre moléculas de agua.


21

EL PAPEL CENTRAL DEL CARBONO

Un átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes con cuatro

átomos diferentes como máximo. En términos del papel biológico del carbono, es de

gran importancia el hecho de que pueda combinarse con otros átomos de carbono y

con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y

de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus

configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin

embargo, muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales.

Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía

cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en

los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos

nucleicos.

CARBOHIDRATOS

Son compuestos ternarios (C, H y O) mucho más numerosos en vegetales que

en animales. Son ejemplos de glúcidos, la glucosa, la ribosa, el almidón, la

celulosa. Son materiales energéticos fácilmente aprovechables por las células.

Combinados con otros compuestos forman parte de las membranas, de los

ácidos nucleicos, etc.

LÍPIDOS

Son compuestos ternarios (C, H y O). Pueden ser simples (grasas neutras,

triglicéridos), esteroides (vitamina D, colesterol) o conjugados (fosfolípidos,

glucolípidos). Cumplen diversas funciones: energéticas, estructurales,

mecánicas, de transporte, etc.

PROTEÍNAS


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Son compuestos cuaternarios (C, H, O y N). Son moléculas gigantes formadas

por aminoácidos. Las proteínas se encuentran en casi todas las estructuras

celulares. Funcionan como sostén y protección de las células (colágeno), como

enzimas acelerando las reacciones bioquímicas en los seres vivos (amilasa),

como encargadas del transporte de diferentes sustancias (hemoglobina), como

hormonas (insulina), como parte del sistema de defensa de los organismos

(inmunoglobulinas), etc.

ÁCIDOS NUCLEICOS

ARN y ADN. Son moléculas grandes y complejas que contienen C, H, O, N y

P. Son polímeros de moléculas más pequeñas denominadas nucleótidos. El

ADN contiene la información genética que dirige la síntesis de proteínas,

proceso en el cual participan distintos tipos de ARN.


23

ACTIVIDADES

1. ¿Cuál es la importancia biológica de las proteínas, los carbohidratos, los

lípidos y los ácidos nucleicos? Ejemplifique.

2. Las plantas habitualmente almacenan reservas energéticas en forma de

polisacáridos, mientras que en la mayoría de los animales los lípidos son la

forma principal de almacenamiento de energía. ¿Por qué es ventajoso para los

animales tener su reserva de energía almacenada como lípidos y no como

polisacáridos? ¿Qué tipos de materiales de almacenamiento esperaría

encontrar en las semillas?


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UNIDAD N° 3

LA CÉLULA: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

La Biología Celular es la rama de la Biología que tiene como objeto de

estudio la célula: su estructura, su funcionamiento, sus adaptaciones, sus

mecanismos de reproducción, su interacción con otras células para formar tejidos y

órganos, etc.

La célula es la unidad estructural y funcional fundamental de los seres vivos

capaz de crecer, nutrirse y reproducirse. Todas las células comparten dos

características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular

-o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente

externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las

actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a

la progenie.

A continuación, distinguiremos dos tipos de células, las procariotas y las

eucariotas.

CÉLULAS PROCARIOTAS Y CÉLULAS EUCARIOTAS

Los organismos más sencillos que viven actualmente corresponden al Reino de

los Procariontes o Monera. Son las bacterias y las cianófitas, cianobacterias o algas

verde-azuladas (capaces de realizar fotosíntesis) (Figura III-1).

En vez de presentar un núcleo rodeado por una membrana nuclear, las células

procariotas tienen una región nuclear en la que hay una única molécula de ADN. El

cromosoma de los procariontes suele ser circular en lugar de tener forma de bastón

como los de las células eucarióticas.


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Figura III-1. Esquema de una célula procariótica, en este caso una bacteria, en la cual se señalan las

principales estructuras subcelulares.

De acuerdo con el registro fósil, los organismos vivos más primitivos fueron

células comparativamente simples que se parecían a los procariontes actuales.

Las células eucariotas tienen una organización subcelular mucho más compleja,

con un sistema de membranas internas que delimitan orgánulos, como por ejemplo el

núcleo (Figura III-2).

Son eucariotas todas las células de los organismos que pertenecen a los demás

reinos: Protistas, Fungi, Plantae y Animalia. Se considera que las células eucarióticas

son evolutivamente más nuevas que las procarióticas.

A pesar de las diferencias entre organismos procariotas y eucariotas, hay

semejanzas importantes en su organización molecular y en su función. Por ejemplo,

todos los organismos vivientes utilizan el mismo código genético y una maquinaria

similar para la síntesis de proteínas.


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Figura III-2. Ejemplo de célula eucariótica: célula animal. Están representados los principales

orgánulos y estructuras que la forman.

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana celular (o membrana plasmática) es el límite exterior de las todas

células. Mide de 7 a 10 nm de espesor, y cuando se la observa con el microscopio

electrónico se puede ver como una línea doble, fina e ininterrumpida.

La membrana celular y también la otras membranas son películas delgadas

formadas por una bicapa lipídica continua, conocida con el nombre de mosaico

fluido (Figura III-3). Se trata de una doble capa constituida básicamente por

moléculas de fosfolípidos y colesterol dispuestas con sus colas hidrófobas (que

repelen el agua) hacia el interior de la membrana, y sus cabezas hidrofílicas (que

tienen afinidad por los medios acuosos) orientadas hacia el citoplasma por un lado y

hacia en medio exterior por el otro. Algunos de estos fosfolípidos están unidos a

carbohidratos y forman los glucolípidos.

Existen, además, distintos tipos de proteínas incluidas en la bicapa cumpliendo

funciones estructurales, pero también actúan como traslocadores o canales para el


27

transporte. Pueden tener también propiedades de regulación o reconocimiento.

Algunas son enzimas, antígenos y diversos tipos de moléculas receptoras.

Estas proteínas de membrana se clasifican en:

• Intrínsecas o integrales representan más del 70 % sobre el total de las

proteínas. Atraviesan las dos capas y pueden sobresalir hacia uno u otro

lado o hacia ambos. Algunas de estas proteínas pueden estar unidas a

cadenas cortas de carbohidratos formando las glucoproteínas. Por estar

más fuertemente unidas a la estructura de la membrana para extraerlas se

deben emplear métodos drásticos, con detergentes o solventes orgánicos.

• Periféricas o extrínsecas: están asociadas a las regiones polares de los

lípidos. Pueden ser separadas usando procedimientos suaves con

soluciones acuosas.

Figura III-3. Esquema de una sección de membrana plasmática según el modelo de mosaico fluido. Se pueden observar los distintos tipos de proteínas, las moléculas de colesterol, y los fosfolípidos de la

estructura básica.


28

Las dos caras de la membrana difieren en cuanto a su composición, es decir que

la membrana es asimétrica. Dentro de cada hemicapa los lípidos tienen cierta libertad

de movimiento transversal. Tanto las glucoproteínas como los glucolípidos se

encuentran en la capa externa.

En relación con sus funciones, la membrana plasmática:

• Regula el pasaje de materiales hacia y desde la célula.

• Participa en el reconocimiento y la adhesión intercelulares.

• Se adapta a todos los cambios de forma y tamaño de la célula.

• Es el soporte de muchísimas reacciones químicas.

• Es el componente principal de las vesículas que se forman durante los

procesos de endocitosis y exocitosis.

OTRAS ESTRUCTURAS EXTERNAS A LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Además de la membrana celular, las células de las plantas, las algas, los hongos

y las bacterias están rodeadas por una gruesa pared celular. Esta pared celular está

formada principalmente por fibras de celulósicas en las que pueden estar

incorporadas otras sustancias tales como la lignina (el componente principal de la

madera) y las pectinas (que se utilizan para la fabricación de jaleas y mermeladas). Su

función es envolver, proteger y dar rigidez a los contenidos de la mayoría de las

células vegetales y algunas bacterias.

Las células animales, en cambio, tienen por fuera de sus membranas

plasmáticas una delgada cubierta celular llamada glucocáliz. Sus principales

componentes son las cadenas de oligosacáridos de las glucoproteínas y glucolípidos

de la membrana plasmática, los cuales crean un microambiente que da protección a

la célula. El glucocáliz está involucrado en la cohesión intercelular y en el

reconocimiento molecular ya que las cadenas glucídicas actúan como antígenos.

En el tejido conectivo y en otros tejidos derivados de él, las células están

rodeadas por una considerable cantidad de matriz extracelular o sustancia

extracelular. Dicha matriz está compuesta esencialmente por proteínas fibrosas como

el colágeno, la elastina y la fibronectina, y por una sustancia gelatinosa formada por


29

proteoglicanos. En algunos tejidos, como el tejido óseo, el esmalte y la dentina de los

dientes, la matriz está mineralizada.

EL NÚCLEO

El orgánulo más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el

núcleo. Es una estructura limitada que contiene componentes específicos

relacionados con la actividad e intercambio de sustancias con el resto de la célula.

El núcleo se encuentra separado del resto de la célula por medio de una

envoltura nuclear que está perforada. A través de estos poros se realizan los

intercambios de materiales desde y hacia el citoplasma celular.

Figura III-4. Fotografía del núcleo de una célula. El núcleo es una estructura discreta que contiene los cromosomas. La membrana nuclear está perforada por poros que permiten el intercambio de

material celular entre nucleoplasma y citoplasma.

Dentro del núcleo encontramos:

• Nucleoplasma: es la parte soluble del núcleo. Posee mayor densidad que

el citoplasma. En él encontramos la cromatina y compuestos solubles

(proteínas, enzimas, iones, etc.).

• Nucléolo: es un corpúsculo de presencia constante en casi todas las células

eucariotas animales y vegetales. En el nucléolo se forman las subunidades

de los ribosomas. Suele haber de uno a cuatro por célula.


30

• Cromatina: es un conjunto de sustancias químicas que constituyen una

estructura nuclear constante de todas las células. Contiene 30 % de ADN,

10 % de ARN y 60 % de proteínas. Allí ocurre la síntesis de los ARN o

transcripción. Se distinguen dos formas o tipos de cromatina: la

eucromatina comprende regiones de cromatina no condensada que puede

tener actividad génica. Y la heterocromatina que abarca regiones que están

más condensadas. Es genéticamente inactiva. En la etapa de división

celular la cromatina se compacta arrollándose sobre sí misma y se organiza

en forma de cromosomas (Figura III-5).

Figura III-5. Ejemplo de un ácido nucleico: el ADN y su empaquetamiento en un cromosoma en

metafase


31

ÁCIDOS NUCLEICOS: ADN Y ARN

Los ácidos nucleicos son moléculas complejas muy grandes compuestas por C,

H, O, N y P. El ADN es el principal reservorio de la información genética de las

células y se encuentra fundamentalmente en el núcleo de las células eucariotas forma

el cromosoma de las células procariotas.

Las principales características de los ácidos nucleicos están sintetizadas en la

Tabla III-1.

Tabla III-1. Comparación entre ADN y ARN ADN ARN

Localización Núcleo (cromosomas) 99 % Citoplasma (plástidos y mitocondrias) 1 %

Núcleo (especialmente en el nucléolo Citoplasma (en los ribosomas y libre en el citosol)

Tipos ADN cromosómico ARN mensajero ARN de transferencia ARN ribosómico

Composición química

Macromolécula, polinucleótido con estructura típica de doble hélice

Macromolécula, polinucleótido de cadena simple

Unidad estructural

Nucleótido formado por: un azúcar (desoxirribosa), una base nitrogenada (hay cuatro diferentes: adenina, guanina, citosina y timina) y un grupo fosfato. Los nucleótidos están unidos por medio de puentes fosfodiéster que unen el C3 de la pentosa de un nucleótido con el C5 de la pentosa del nucleótido adyacente

Igual, pero el azúcar es la ribosa y en vez de timina tiene uracilo

Origen Por autoduplicación A partir del ADN (transcripción)

Función Información genética. Control de las funciones celulares

Síntesis de proteínas (traducción)


32

Figura III-6. Esquema que representa la típica estructura de doble hélice de una molécula de ADN.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

El retículo endoplasmático es una red de sacos aplanados, túbulos y conductos

intercomunicantes que existe en las células eucarióticas. Contribuye junto con el

citoesqueleto a dar sostén a la célula. El retículo endoplasmático funciona, además,

como un sistema de transporte de diversas sustancias químicas entre una parte y otra

de la célula, e incluso hacia el exterior gracias a la enorme fluidez de sus membranas.

Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

• El retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), presenta ribosomas (pequeños

gránulos formados por ARN y proteínas) unidos a su membrana. En la

superficie del R.E.R. se realiza la síntesis proteica. Las proteínas

sintetizadas por los ribosomas, pasan al lúmen del retículo y allí maduran

hasta ser exportadas a su destino definitivo; o bien son excretadas

directamente hacia el exterior celular.


33

• El retículo endoplásmico liso (R.E.L.), carece de ribosomas y está formado

por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas. En este retículo se

realiza la síntesis de lípidos.

Figura III-7. Microfotografía electrónica de una sección de retículo endoplasmático rugoso en la que

pueden distinguirse las típicas formaciones de sacos aplanados.

APARATO DE GOLGI

Descubierto por C. Golgi en 1898, consiste en un conjunto de estructuras de

membrana que forma parte del elaborado sistema de membranas interno de las

células. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular. La

unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna

aplanada. Además, pueden observarse toda una serie de vesículas más o menos

esféricas a ambos lados y entre los sáculos. El conjunto de todos los sacos y vesículas

constituye el aparato o complejo de Golgi.


34

Figura III-8. Estructura típica del aparato de Golgi con sus vesículas y sáculos observados a través

del microscopio electrónico.

LISOSOMAS

Los lisosomas son orgánulos provistos de una membrana única. Están llenos de

enzimas digestivas del grupo de las hidrolasas, por lo que se pueden considerar

como paquetes de enzimas listas para actuar en el momento oportuno. Los lisosomas

se forman a partir del retículo endoplasmático rugoso y posteriormente las enzimas

son empaquetadas por el complejo de Golgi. Los lisosomas recién sintetizados se

denominan lisosomas primarios. Cuando los lisosomas primarios se unen a las

vacuolas endocíticas o, en otros casos, encierran partes de la propia célula

(autofagia), forman los lisosomas secundarios.

CLOROPLASTOS

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales. En ellos tiene

lugar la fotosíntesis, proceso en el que se transforma la energía lumínica en energía

química


35

Tienen una organización muy similar a la de la mitocondria, aunque son de

mayor tamaño y tiene un compartimiento más, porque presenta un tercer tipo de

membrana. Un cloroplasto tiene tres membranas y presenta tres compartimientos:

• La membrana externa es muy permeable, gracias a la presencia de porinas.

• La membrana interna es menos permeable, no presenta pliegues. Entre

ambas membranas queda un primer compartimiento que es el espacio

intermembrana. La membrana interna delimita un espacio que es el

estroma, donde se encuentran ribosomas, copias de ADN, distintos tipos

de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.

• La membrana tilacoidal es el tercer tipo de membrana, aparece formando

unos sacos aplanados denominados tilacoides, los cuales forman unas

agrupaciones llamadas grana. Los tilacoides están interconectados y

delimitan una tercera cavidad que es el espacio tilacoidal. Es la

responsable de la captación de la energía solar, gracias a la presencia de

clorofilas y de otros pigmentos asociados con proteínas.

Figura III-9. Esquema de un cloroplasto en la que se representan todos los espacios y grupos de

membranas que lo forman. La función de los cloroplastos es la fotosíntesis.


36

MITOCONDRIAS

Las mitocondrias son orgánulos granulares y filamentosos que se encuentran en

el citoplasma de todas las células eucariotas. Aunque su distribución dentro de la

célula es generalmente uniforme, existen numerosas excepciones. Por otro lado, las

mitocondrias pueden desplazarse de una parte a otra de la célula. En promedio, hay

unas 2000 mitocondrias por célula, pero las células que desarrollan trabajos intensos,

como las musculares, tienen un número mayor que las poco activas, como por

ejemplo las epiteliales.

Una mitocondria está rodeada por una membrana mitocondrial externa, dentro

de la cual hay otra estructura membranosa, la membrana mitocondrial interna, que

emite pliegues hacia el interior para formar las llamadas crestas mitocondriales.

Éstas, a su vez, se encuentran tapizadas de pequeños salientes denominados

partículas elementales. Entre las dos membranas mitocondriales queda un espacio

llamado cámara externa, mientras que la cámara interna es un espacio limitado por la

membrana mitocondrial interna, que se encuentra llena de un material denominado

matriz mitocondrial.

Figura III- 10. Esquema que representa la estructura de una mitocondria. La membrana interna está

organizada en crestas y la matriz llena toda la mitocondria. La mitocondria es el orgánulo responsable de la respiración celular.


37

La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la

actividad celular mediante procesos de respiración aerobia.

MATRIZ CITOPLASMÁTICA Y CITOSOL

El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba

numerosas estructuras especializadas y orgánulos.

La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se

llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas

grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el

compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento

intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de

mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas

nutritivas y la síntesis de muchas de las moléculas que constituyen la célula.

CITOESQUELETO

El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el

interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial

en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene

la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la

célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los

movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura

permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de

tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y

filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas

proteínas:

• Los microtúbulos son tubos cilíndricos de 20-25 nm en diámetro. Están

compuestos de subunidades de la proteína tubulina. Los microtúbulos


38

actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un

conjunto de pistas para que se muevan los orgánulos y las vesículas. Los

microtúbulos también forman las fibras del huso para separar los

cromosomas durante la mitosis. Cuando se disponen en forma geométrica

dentro de flagelos y cilias, son usados para la locomoción.

Otras estructuras formadas por microtúbulos son los centríolos, dos

pequeños cilindros localizados en el interior del citoplasma. Son

exclusivos de células animales. Con el microscopio electrónico se observa

que la parte externa de los centríolos está formada por nueve tripletes de

microtúbulos. Los centríolos se cruzan formando un ángulo de 90.

a) b)

Figura III-11. Los centríolos son cilindros de microtúbulos que se encuentran en las células animales exclusivamente, cuya función principal es la de originar los husos mitóticos. a) Esquema general. b)

Detalle de la ubicación de los centríolos en ángulo recto.

• Los microfilamentos son finas fibras de proteínas como un hilo de 3-6 nm

de diámetro. Están compuestos predominantemente de un tipo de proteína

contráctil llamada actina, que es la proteína celular más abundante. La

asociación de los microfilamentos con la proteína miosina es la responsable

por la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a

cabo movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y

citocinesis.

• Los filamentos intermedios miden cerca de 10 nm en diámetro y proveen

fuerza de tensión a la célula.


39

Figura III-12. Distribución y disposición de los distintos elementos que componen el citoesqueleto en la

célula, en este caso, una célula animal.

MOVIMIENTO CELULAR

Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados

por los filamentos de actina o microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie

pelos flexibles llamados cilias o flagelos, que contienen un núcleo formado por un

haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que

requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y

las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados

tienen en la superficie numerosas cilias que impulsan líquidos y partículas en una

dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las

células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan

contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular

dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que

distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas

en fase de segregación.


40

ACTIVIDADES

1. Señale las semejanzas y diferencias entre las células procariotas y eucariotas

en los ítems indicados:

a) Núcleo b) ADN

c) Reproducción d) Membranas internas

e) Mitocondrias f) Cloroplastos

g) Pared celular

2. ¿Poseen membrana celular y pared celular todas las células?

3. ¿A qué se debe la fluidez de la membrana plasmática?

4. Explique el concepto de asimetría de membrana.

5. Enumere las funciones de la membrana plasmática.

6. Indique los procesos bioquímicos o fisiológicos con los que están relacionados

los siguientes orgánulos:

a) ribosomas b) lisosomas

c) retículo endoplasmático liso d) aparato de Golgi

7. Explique el recorrido de una glucoproteína de la membrana plasmática desde

que comienza su síntesis hasta que llega a la membrana. Señale el camino que

siguen todas las proteínas destinadas a ser secretadas por la célula. ¿En qué se

diferencia el recorrido de ambos tipos de proteínas desde que comienza su

síntesis hasta que llegan a su destino final?

8. ¿Cómo definiría el citoesqueleto? ¿Qué componentes se distinguen?


41

9. Relacione los términos: cilios, flagelos y centríolos. ¿En qué función biológica

están implicados?


42

UNIDAD N° 4

EL TRANSPORTE DE MOLÉCULAS

TIPOS DE TRANSPORTE DESDE Y HACIA LA CÉLULA

Transportes a través de la membrana

Figura IV-1. Tipos de transporte a través de la bicapa lipídica

El transporte pasivo: Es un proceso de difusión de sustancias a través de la

membrana que no requiere inversión de energía celular. Se produce siempre a favor

del gradiente, es decir desde una zona de alta concentración hacia una de baja

concentración. La velocidad de la difusión depende del tamaño y la forma de las

partículas, de sus cargas eléctricas y de su temperatura. Este transporte puede ocurrir

por:

• Difusión simple: es el paso de pequeñas moléculas que se realiza a través

de la bicapa lipídica. (Figura IV-1, A). Generalmente difunden sustancias


43

apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico, o algunas moléculas

polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la

glicerina.

• Difusión facilitada:

A través de canales (Figura IV-1, B). Se realiza mediante las

denominadas proteínas de canal o ionóforos. Así entran iones como el

Na+, K+, Ca2+ y Cl-. Las proteínas de canal tienen un orificio o canal

interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligandos que se

unen a una determinada región (el receptor), la cual sufre una

transformación estructural que induce la apertura del canal.

A través de permeasas (Figura IV-1, C). Permite el transporte de

pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc.,

que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas

transmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre

de proteínas transportadoras o permeasas.

El transporte activo (Figura IV-1, D). En este proceso también actúan proteínas

de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las

moléculas de uno al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se

realiza en contra del gradiente electroquímico. Un ejemplo de transporte activo es la

bomba de Na+/K+ (Figura IV-2). La bomba de Na+/K+. Requiere una proteína

transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el

interior.

Otros mecanismos de intercambio

Las células también pueden intercambiar materiales con el exterior utilizando los

procesos de endocitosis y exocitosis. En la exocitosis la célula expulsa productos de

desecho o secreciones (por ejemplo las hormonas). En la endocitosis los materiales

son englobados por una sección de membrana e introducidos a la célula. Un tipo

particular de endocitosis es la fagocitosis, en la cual la célula “ingiere” grandes

partículas sólidas (Figura IV-3).


44

Figura IV-2. Un ejemplo de transporte activo: la bomba sodio/potasio

Figura IV-3. La célula engloba enteras las partículas sólidas en vesículas fagocíticas que luego se unen

a otras vesículas digestivas repletas de enzimas, que degradan la materia orgánica.


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ACTIVIDADES

1. ¿Qué tipos de sustancias pueden atravesar las membranas por difusión

simple? ¿Se trata de un transporte activo o pasivo? Justifique su respuesta.

2. Enumere y discuta en detalle las principales características de la difusión

facilitada.

3. ¿Qué se entiende por ionóforo?

4. ¿Por qué se dice que la bomba de Na+/K+ es un mecanismo de transporte

activo?

5. Si en una célula se inhibe la síntesis de ATP, ¿podrían llevarse a cabo procesos

de transporte pasivo?, ¿y los de transporte activo? Justifique.

6. Enumere las principales finalidades que tiene la formación de vesículas en la

membrana plasmática, en relación con la incorporación y eliminación de

sustancias.


46

UNIDAD N° 5

FLUJO DE ENERGÍA

ENZIMAS

Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a medida que

cumplen funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción.

Al total de las reacciones químicas que ocurren en las células constituyen el

metabolismo.

Las reacciones metabólicas ocurren en series, llamadas vías, cada una de las

cuales sirve a una función determinada en la célula. Cada paso en una vía es

controlado por una enzima específica. Las reacciones escalonadas de las vías

enzimáticas les permiten a las células llevar a cabo sus actividades químicas con una

notable eficiencia, en lo que concierne a la energía y a los materiales.

Para reaccionar, las moléculas deben poseer suficiente energía, la energía de

activación, a fin de chocar con suficiente fuerza para superar su repulsión mutua y

debilitar los enlaces químicos existentes. Las enzimas actúan como catalizadores;

disminuyen la energía de activación incrementando enormemente la velocidad a la

que se producen las reacciones químicas en las células. Una reacción no catalizada

requiere más energía de activación que una catalizada, como una reacción

enzimática. La menor energía de activación en presencia del catalizador

frecuentemente está dentro del intervalo de energía que poseen las moléculas, de tal

modo que la reacción puede ocurrir rápidamente, sin adición o con poca adición de

energía.

Las enzimas son grandes moléculas de proteínas globulares cuyo modo de

plegamiento asegura que grupos particulares de aminoácidos formen un sitio activo.

Cuando las enzimas pierden su estructura tridimensional característica, se dice que


47

están desnaturalizadas. Las moléculas reactivas, conocidas como sustrato, se ajustan

con precisión a este sitio activo (Figura V-1). Aunque la conformación de una enzima

puede cambiar temporalmente en el curso de una reacción, no se altera

permanentemente.

La velocidad de las reacciones enzimáticas también se ve influida por la

temperatura y por el pH, que afectan la atracción entre los aminoácidos de la

molécula proteica y también entre el sitio activo y el sustrato. Muchas enzimas

requieren de cofactores, que pueden ser iones simples, tales como Mg2+ o Ca2+, o

como moléculas orgánicas no proteicas conocidas como coenzimas. Muchas

coenzimas, como el NAD, funcionan como transportadores de electrones, y

diferentes coenzimas mantienen a los electrones en niveles energéticos ligeramente

distintos. Muchas vitaminas son parte de coenzimas.

Figura V-1. La enzima posee un sitio activo donde se une el sustrato. De esta manera se facilita la reacción.

ATP

Todas las actividades biosintéticas de la célula, muchos de sus procesos de

transporte y una diversidad de otras actividades requieren de energía. Una

gran proporción de esta energía es suministrada por una sola sustancia: el

adenosín trifosfato o ATP. La glucosa y otros carbohidratos son formas de

almacenamiento de energía y también formas en las que se transfiere energía de

célula a célula y de organismo a organismo. En cierto sentido, son como el dinero

depositado en un banco. Sin embargo, el ATP es como el cambio de bolsillo: es la

moneda energética de la célula que puede gastarse de inmediato.


48

La molécula de ATP está formada por la base nitrogenada adenina, el azúcar de

cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato. Los tres grupos fosfato están unidos por

dos enlaces covalentes que se rompen con facilidad, produciendo cada uno

aproximadamente 7 kilocalorías de energía por mol.

Figura V-2. Representación de la eliminación del tercer fosfato de la molécula de ATP y de la energía liberada en ese proceso.


49

ACTIVIDADES 1. ¿Cuál es la base de la especificidad de la acción enzimática? ¿Cuál es la ventaja

para la célula de esta especificidad? ¿Cuáles serían las desventajas para la

célula?

2. ¿Qué formas de almacenamiento de energía tienen lugar en los seres vivos?

¿Cómo definiría la función del ATP?


50

UNIDAD N° 6

FOTOSÍNTESIS Y RESPIRACIÓN CELULAR

EL PROCESO FOTOSINTÉTICO

La fotosíntesis es el proceso en virtud del cual los organismos con clorofila,

como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en

forma de luz y la transforman en energía química.

La fotosíntesis ocurre en dos etapas. En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz

es absorbida por las moléculas de clorofila a, que están compactadas de un modo

especial en las membranas tilacoides. Los electrones de las moléculas de clorofila a

son lanzados a niveles energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su

energía adicional es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una

molécula transportadora de electrones conocida como NADP+. El NADP+ se reduce

por la adición de dos electrones y de un protón, formando NADPH. En esta primera

etapa de la fotosíntesis, también se escinden moléculas de agua, suministrando

electrones que reemplazan a los que han sido lanzados desde las moléculas de

clorofila a. La escisión de las moléculas de agua es la causa de que se forme oxígeno

libre, que difunde hacia el exterior.

En la segunda etapa de la fotosíntesis, el ATP y el NADPH formados en la

primera etapa se utilizan para reducir el carbono del dióxido de carbono a un azúcar

simple. Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP

y de NADPH se transfiere a moléculas adecuadas para el transporte y el

almacenamiento de energía en las células de las algas o en el cuerpo de las plantas.

La resultante de este proceso es pues la formación de un esqueleto de carbono, a

partir del cual pueden construirse luego otras moléculas orgánicas. La incorporación

inicial de CO2 en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono. Los


51

pasos por los cuales se lleva a cabo, llamados las reacciones de fijación del carbono,

ocurren en el estroma del cloroplasto.

Figura VI-1. Resumen esquemático de las etapas de la fotosíntesis.

GLUCÓLISIS Y RESPIRACIÓN CELULAR

La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría

de las células. Cuando la glucosa se degrada en una serie de pequeños

pasos por medio de enzimas, una proporción significativa de la energía contenida en

la molécula vuelve a empaquetarse en los enlaces fosfato de las moléculas de ATP.

La primera fase en la degradación de la glucosa es la glucólisis que se efectúa en

el citoplasma de la célula. La segunda fase es la respiración aeróbica, que requiere

oxígeno y, en las células eucarióticas, tiene lugar en las mitocondrias. La respiración

comprende el ciclo de Krebs y el transporte terminal de electrones acoplado al

proceso de fosforilación oxidativa. Todos estos procesos están íntimamente

relacionados.


52

En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico entra en el ciclo de Krebs donde se

sintetiza más ATP y se transfieren más electrones y protones a las coenzimas. Estas

coenzimas aceptoras de electrones transfieren su carga a la cadena transportadora de

electrones a lo largo de la cual, paso a paso, los electrones caen a niveles inferiores de

energía. A medida que esto ocurre, se fabrica mucho más ATP. Al final de la cadena

transportadora, los electrones se reúnen con los protones y se combinan con el

oxígeno, formándose agua. En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede

convertirse en ácido láctico o etanol. Este proceso, llamado fermentación, no produce

ATP, pero regenera las moléculas de coenzima aceptoras de electrones, necesarias

para que la glucólisis continúe.

Figura VI-2. Resumen esquemático de las etapas de oxidación de la glucosa.


53

ACTIVIDADES

1. Complete las siguientes frases:

• El proceso de la fotosíntesis consume._______________.y ___________ y

produce.________________ y ____________.

• Los cloroplastos contienen pilas de sacos membranosos planos llamadas

_______________. Cada saco individual recibe el nombre de _____________.

• Las reacciones a través de las cuales las células extraen energía de las

moléculas combustibles, utilizan oxígeno y producen dióxido de carbono y

agua se denominan ___________________.

2. Describa en términos generales los acontecimientos de la fotosíntesis.

3. Dibuje un cloroplasto e indique todas sus membranas y compartimientos. ¿De

qué forma la estructura del cloroplasto se asemeja a la de la mitocondrio? ¿En

qué difiere?

4. De las siguientes afirmaciones relacionadas con la respiración celular, ¿cuál es

la verdadera y por qué?:

• Es un proceso catabólico del que se obtiene energía directamente utilizable por

la célula para su desarrollo y productos más simples.

• Es un proceso que sólo ocurre en las células animales, pues los vegetales

tienen otros mecanismos para conseguir lo mismo.

• Consiste en una combustión incompleta de la materia orgánica dando lugar a

compuestos orgánicos más sencillos.

5. Los organismos aeróbicos son tanto o más eficientes que los anaerobios para

convertir energía, entonces, ¿por qué hay anaerobios en este planeta?, ¿por

qué no se han extinguido?


54

UNIDAD N° 7

REPRODUCCIÓN CELULAR

CICLO CELULAR: FASES

El ciclo celular comprende cuatro períodos denominados G1, S, G2 y M.

A continuación se presentan algunos de los hechos más notables que

ocurren en cada período:

• El período G1, llamado primera fase de crecimiento, se inicia con una

célula hija que proviene de la división de la célula madre. La célula

aumenta de tamaño, se sintetiza nuevo material citoplásmico,

especialmente proteínas y ARN.

• El período S o de síntesis, en él tiene lugar la duplicación del ADN.

Cuando acaba este período, el núcleo contiene el doble de proteínas

nucleares y de ADN que al principio.

• El período G2, o segunda fase de crecimiento, en el cual se siguen

sintetizando ARN y proteínas; el final de este período queda marcado

por la aparición de cambios en la estructura celular, los cuales se

hacen visibles con el microscopio y que nos indican el principio de la

mitosis o división celular.

• El período M o de división celular es la etapa mitótica o de

distribución del ADN y el citoplasma en dos células hijas`.


55

Figura VII-1. Esquema que representa las diferentes etapas del ciclo celular

En pocas palabras podemos decir que el ciclo celular comprende dos etapas

fundamentales: la interfase y la división o mitosis. La interfase, a su vez, comprende

los períodos G1, S y G2, y es el intervalo entre las divisiones de la célula. Se registra

una intensa actividad biosintética, y un aumento del tamaño de la célula.

MITOSIS

La mitosis es el proceso de división celular por el cual se conserva la

información genética contenida en sus cromosomas que pasa de esta manera

a las sucesivas células hijas. La mitosis es un proceso de multiplicación celular que

participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo. Este

proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se

desarrollan de una manera continua, y que, para facilitar su estudio, han sido

separadas en varias etapas:

Profase. La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y

forma los cromosomas. Cada cromosoma está constituido por

dos cromátidas, que se mantienen unidas por un


56

estrangulamiento que es el centrómero. Cada cromátida

corresponde a una larga cadena de ADN. El nucléolo

desaparece. Los centríolos comienzan a moverse hacia los

polos opuestos de la célula y comienza a desarrollarse el

huso mitótico.

Prometafase. La membrana nuclear se disuelve. Los

cromosomas quedan en aparente desorden.

Metafase. Las fibras del huso ordenan los cromosomas en el

plano ecuatorial del huso, los cuales forman la placa

metafásica. Esta organización ayuda a asegurar que en la

próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada

nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.

Anafase. Los pares de cromosomas se separan en sus dos

cromátidas. Los centrómeros emigran a lo largo de las fibras

del huso en direcciones opuestas, arrastrando cada uno en su

desplazamiento a una cromátida. La anafase constituye la

fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la

distribución de las dos copias de la información genética

original.

Telofase. Los dos grupos de cromátidas, comienzan a

descondensarse, se reconstruye la membrana nuclear

alrededor de cada conjunto cromosómico, definiendo los

nuevos núcleos hijos. Las fibras del huso se dispersan. A

continuación tiene lugar la división del citoplasma.

Citocinesis. Es el proceso de clivaje y separación del

citoplasma. En células animales se forma un anillo contráctil

de actina y miosina en la región ecuatorial, que se profundiza

hasta que la célula se divide. En células vegetales, la pared


57

rígida requiere que una placa celular sea sintetizada entre las

dos células hijas. Durante esta etapa los componentes

citoplasmáticos y los orgánulos se distribuyen entre las

células hijas.

EL CONTROL DE LA PROLIFERACIÓN CELULAR Y EL CÁNCER

La capacidad de proliferar en forma descontrolada está relacionada con la

acumulación de ciertos cambios en la célula. El cáncer es el resultado de una serie de

modificaciones accidentales en el material genético que trae como consecuencia la

alteración del comportamiento normal de la célula. Existen genes que contribuyen a

originar un cáncer los cuales, en sus “versiones normales”, están relacionados con el

control del crecimiento y la sobrevida de la célula. Entre ellos, los protooncogenes

estimulan la proliferación celular y los genes supresores de tumores, la inhiben. La

versión alterada de un protooncogen se denomina oncogen (del griego onkos,

“tumor”) y puede ser responsable, por ejemplo, del aumento desmedido de una

proteína estimuladora del crecimiento. Por otra parte, la versión alterada de un gen

supresor puede resultar en la pérdida de una proteína inhibidora del crecimiento o

de una proteína activadora de la muerte programada. En ambos casos, la presencia

de estos genes alterados conduce a la proliferación descontrolada de las células que

se encuentra en el origen de todo cáncer.

Mientras las células tumorales quedan restringidas a una masa única, se dice

que el tumor es benigno. Un tumor benigno puede proseguir su crecimiento sin

invadir el tejido circundante; puede también detener su crecimiento o reducirse. En

muchas ocasiones, es posible removerlo quirúrgicamente y lograr así una cura

completa. Una característica clave de las células cancerosas es que, a diferencia de las

células normales, tienen la capacidad de emigrar, invadir nuevos tejidos y establecer

nuevas colonias. Este proceso se denomina metástasis. Un tumor que adquiere esta

capacidad pasa a ser maligno y causa frecuentemente la muerte.


58

ACTIVIDADES

1. En un organismo pluricelular, casi todas sus células se dividen en uno u otro

momento. ¿Por qué deben dividirse la mayoría de las células de un organismo

pluricelular?

2. Distinga entre los siguientes términos: ciclo celular/división celular;

mitosis/citocinesis; cromátide/cromosoma.

3. ¿Cuáles son las etapas de la mitosis?

4. Haga un esquema de la anafase de una célula que tenga 2n = 4 cromosomas.


59

UNIDAD N° 8

MEIOSIS Y REPRODUCCIÓN SEXUAL

MEIOSIS

La meiosis es un tipo especial de división celular que tiene lugar en las

células germinales de los organismos de reproducción sexual. Consta de dos

divisiones nucleares y celulares llamadas meiosis I y meiosis II.

Durante el período S de la interfase la célula duplica su ADN y cada

cromosoma duplicado queda formado por dos cromátidas, llamadas cromátidas

hermanas.

La profase I es muy compleja y en ella tiene lugar el proceso conocido como

sinapsis. Durante la sinapsis los cromosomas homólogos (es decir los dos que forman

el par cromosómico) se encuentran y forman tétradas, se alinean y se aparean

intercambiando algunas secciones de ADN desde una cadena a otra. Este proceso de

intercambio de material genético es llamado entrecruzamiento y es el principal

responsable de la variabilidad genética entre individuos.

Durante la profase I los centríolos se desplazan hacia los polos opuestos, se

forma el huso entre ellos y la membrana nuclear se disuelve.

Las fases de la primera división que suceden a la profase son relativamente

parecidas a las de la mitosis. Así, en la metafase I los cromosomas homólogos

todavía unidos por los quiasmas (puntos en donde se producen los

entrecruzamientos), se orientan en el plano ecuatorial de la célula. Durante la anafase

I se completa la separación de los cromosomas homólogos hacia los polos. Las

cromátidas siguen unidas por sus centrómeros. En la telofase I se regenera la

envoltura nuclear, los cromosomas se distienden y las células hijas se separan.


60

La segunda división es similar a la mitosis pero en este caso la interfase no tiene

fase S, es decir que el ADN no se duplica.

La profase II es muy similar a la profase mitótica. Durante la metafase II las

cromátidas migran hacia el ecuador del huso mitótico y en la anafase II los

centrómeros se rompen y las cromátidas hermanas se separan y emigran hacia los

polos opuestos. Así, en la telofase II se forman las membranas nucleares, los

cromosomas se desenrollan formando los filamentos de cromatina y luego ocurre la

citocinesis.

Las dos divisiones meióticas sucesivas producen cuatro núcleos haploides, cada

uno de los cuales contiene uno y solo uno de los diferentes tipos de cromosomas. Las

células somáticas, es decir aquellas que se dividen por mitosis, tienen dos copias de

cada cromosoma, es decir, son diploides.

Figura VIII-1. Esquema de la meiosis con sus dos etapas: meiosis I y meiosis II.

CONSECUENCIAS DE LA MEIOSIS

La meiosis es el proceso mediante el cual se obtienen células especializadas

para intervenir en la reproducción sexual.


61

Reduce a la mitad el número de cromosomas, y así, al unirse las dos células

sexuales, vuelve a restablecerse el número cromosómico de la especie.

Se produce una recombinación de la información genética.

La meiosis origina una gran variación de gametos debido al

entrecruzamiento de segmentos de los cromosomas homólogos.

COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

Los acontecimientos que tienen lugar durante la meiosis se asemejan a los de la

mitosis, pero una comparación de los dos procesos muestra un buen número de

diferencias importantes.

Figura VIII-2. Esquema de la meiosis con sus dos etapas: meiosis I y meiosis II.


62

ACTIVIDADES

1. La siguiente figura representa el esquema de una célula que va a dividirse por

meiosis:

• ¿Cuál es el número diploide de cromosomas de la célula

representada?.¿Cuántos pares de cromosomas homólogos y cuántas

cromátidas contiene?

• Represente mediante esquemas: el resultado de la formación de un

quiasma entre cada pareja de homólogos, la anafase I, la telofase I y la

telofase II. Sólo hay que realizar uno de los posibles resultados hasta

obtener las cuatro células finales.

2. Los perros tienen un número diploide de cromosomas de 78. ¿Cuántos

cromosomas esperaría encontrar en un espermatozoide? ¿En una célula del

riñón?

3. Dibuje los ocho gametos posibles que resultarían de la meiosis en una célula

vegetal con 6 cromosomas (n=3). Suponga que no ocurre entrecruzamiento.

4. Enumere las semejanzas y diferencias entre los procesos de mitosis y meiosis.


63

UNIDAD N° 9

LA BASE QUÍMICA DE LA HERENCIA

LA ESTRUCTURA DEL ADN

Erwin Chargaff analizó las bases nitrogenadas del ADN en diferentes formas de

vida, concluyendo que la cantidad de purinas no siempre se encontraba en

proporciones iguales a las de las pirimidinas (contrariamente a lo propuesto por

Levene), la proporción era igual en todas las células de los individuos de una especie

dada, pero variaba de una especie a otra.

Los experimentos de Hershey-Chase probaron que el ADN era el material

genético pero no cómo el ADN conformaba los genes. El ADN debía transferir

información de la célula de origen a la célula hija. Debía también contener

información para replicarse a sí mismo, ser químicamente estable y tener pocos

cambios. Sin embargo debía ser capaz de sufrir cambios mutacionales. Sin

mutaciones no existiría el proceso evolutivo.

Muchos científicos se interesaron en descifrar la estructura del ADN, entre ellos,

Francis Crick, James Watson, Rosalind Franklin, y Maurice Wilkins.

Watson y Crick integraron todos los datos disponibles en un intento de

desarrollar un modelo de la estructura del ADN. Franklin tomó fotomicrografías de

difracción de rayos X de cristales de ADN, que fueron la pieza clave del

rompecabezas. Los datos que se conocían por ese tiempo eran:

1) El ADN es una molécula grande y también muy larga y delgada.

2) Los datos de las bases proporcionados por Chargaff (A=T y C=G;

purinas/pirimidinas = k para una misma especie).


64

3) Los datos de la difracción de los rayos X de Franklin y Wilkins (King's College

de Londres).

4) Los trabajos de Linus Pauling sobre proteínas (forma de hélice mantenida por

puentes hidrógeno), quién sugirió para el ADN una estructura semejante.

En definitiva, el ADN es una doble hélice, con las bases dirigidas hacia el

centro, perpendiculares al eje de la molécula (como los peldaños de una

escalera caracol) y las unidades azúcar-fosfato a lo largo de los lados de la

hélice (como las barandas de una escalera caracol). Las hebras que la conforman son

complementarias (deducción realizada por Watson y Crick a partir de los datos de

Chargaff): A se aparea con T y C con G y este apareamiento se mantiene debido a la

acción de los puentes hidrógeno entre ambas bases. Una purina con doble anillo

siempre se aparea con una pirimidina con un solo anillo en su molécula.

Las purinas son la Adenina (A) y la Guanina (G). Ya se ha nombrado varias

veces en este módulo al ATP (Adenosintrifosfato), formado por la misma adenina,

pero en ese caso el azúcar es ribosa, mientras que en el ADN se encuentra la

desoxirribosa.

Las Pirimidinas son la Citosina (C) y la Timina (T).

Las bases son complementarias, con A en un lado de la molécula únicamente

encontramos T del otro lado, lo mismo ocurre con G y C. Si conocemos la secuencia

de bases de una de las hebras, conocemos su complementaria.


65

Figura IX-1: Representación de la doble hélice de ADN.


66

REPLICACIÓN DEL ADN

Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se

descifró su estructura, lo que quedaba era determinar cómo el ADN copiaba

su información y cómo la misma se expresaba en el fenotipo (el conjunto de las

características de un organismo resultantes de la expresión de su genotipo: la

información contenida en su ADN). Matthew Meselson y Franklin W. Stahl

diseñaron el experimento para determinar el método de la replicación del ADN. Los

tres modelos de replicación posibles eran:

Replicación conservativa durante la cual se produciría un ADN completamente

nuevo durante la replicación.

En la replicación semiconservativa se originan dos moléculas de ADN, cada una

de ellas compuesta de una hebra del ADN original y de una hebra

complementaria nueva. En otras palabras el ADN se forma de una hebra vieja y

otra nueva. Es decir que las hebras existentes sirven de molde complementario a

las nuevas.

La replicación dispersiva implicaría la ruptura de las hebras de origen durante la

replicación que, de alguna manera, se reordenarían en una molécula con una

mezcla de fragmentos nuevos y viejos en cada hebra de ADN.

El experimento de Meselson-Stahl (Figura IX-1) consistió en cultivar la bacteria

Escherichia coli en un medio que contenía nitrógeno pesado (15N es más pesado que

el isótopo más común, el 14N). La primera generación de bacterias se hizo crecer en

un medio que únicamente contenía 15N como fuente de nitrógeno. La bacteria se

transfirió luego a un medio con 14N. Watson y Crick habían pronosticado que la

replicación del ADN era semiconservativa, de ser así el ADN extraído de las

bacterias luego de cultivarlas por una generación en 14N tendría un peso intermedio

entre el ADN extraído del medio con 15N y el del extraído de medio con 14N y así fue.


67

Figura IX-2: El experimento de Meselson-Stahl

La replicación del ADN, que ocurre una sola vez en cada generación celular,

necesita de muchos “ladrillos”, enzimas, y una gran cantidad de energía en forma de

ATP (como ya se ha dicho, luego de la fase S del ciclo celular las células pasan a una

fase G a fin de, entre otras cosas, recuperar energía para la siguiente fase de la

división celular). La replicación del ADN se produce en el ser humano a una

velocidad de 50 nucleótidos por segundo y en procariotas a 500/segundo. Los

nucleótidos tienen que se armados y estar disponibles en el núcleo juntamente con la

energía para unirlos.

La iniciación de la replicación siempre acontece en un cierto grupo de

nucleótidos llamados origen de la replicación, y requiere, entre otras, las enzimas

helicasas para romper los puentes hidrógeno y las topoisomerasas para aliviar la

tensión, y las proteínas de unión a cadena simple para mantener separadas las

cadenas abiertas.

Una vez que se abre la molécula, se forma una área conocida como “burbuja de

replicación”. En ella se encuentran las “horquillas de replicación”. Por acción de la

ADN-polimerasa los nuevos nucleótidos entran en la horquilla y se enlazan con el

nucleótido correspondiente de la cadena de origen (A con T, C con G). Los


68

procariotas abren una sola burbuja de replicación, mientras que los eucariotas abren

múltiples burbujas. Finalmente el ADN se replica en toda su longitud por

confluencia de estas “burbujas”.

Dado que las cadenas del ADN son antiparalelas, y que la replicación procede

solo en la dirección 5' to 3' en ambas cadenas, numerosos experimentos mostraron

que una cadena formará una copia continua, mientras que en la otra se formarán una

serie de fragmentos cortos conocidos como fragmentos de Okazaki. La cadena que se

sintetiza de manera continua se conoce como cadena adelantada y, la que se sintetiza

en fragmentos, cadena atrasada.

Para que trabaje la ADN-polimerasa es necesaria la presencia, en el inicio de

cada nuevo fragmento, de pequeñas unidades de ARN conocidas como cebadores. A

posteriori, cuando la polimerasa toca el extremo 5' de un cebador, se activan otras

enzimas, que remueven los fragmentos de ARN, colocan nucleótidos de ADN en su

lugar y, una ADN-ligasa los une a la cadena en crecimiento.


69

ACTIVIDADES

1. ¿En que se basaron los experimentos de Meselson y Stahl? ¿Qué conclusiones

se elaboraron?

2. Sintetice en un párrafo de no más de 10 renglones las características químicas

del ADN.

3. Sintetice en un párrafo de no más de 10 renglones el proceso de replicación del

ADN.

4. ¿Qué quiere decir que en la replicación del ADN una cadena se copia de forma

continua y la otra lo hace de forma discontinua y desfasada?

5. ¿Cómo respaldaría el argumento de que el ADN es el material genético? Haga

una lista de por lo menos menos cinco puntos fuertes de su argumentación.


70

UNIDAD N° 10

EL CÓDIGO GENÉTICO Y SU TRADUCCIÓN

PROCESOS INVOLUCRADOS EN LA SÍNTESIS PROTEICA

El "dogma" central de la genética molecular: "La información fluye del DNA

al RNA y de éste a las proteínas". La replicación del DNA ocurre sólo una vez

en cada ciclo celular, durante la fase S previa a la mitosis o a la meiosis. La

transcripción y la traducción, sin embargo, ocurren repetidamente a través de toda la

interfase del ciclo celular. Nótese que, según este dogma, los procesos ocurren en una

sola dirección. Una diversidad de experimentos ha demostrado que se cumple, salvo

algunas pocas excepciones. La principal excepción al dogma central es un proceso

llamado transcripción inversa, en el cual la información codificada por ciertos virus

que contienen RNA se transcribe a DNA por la acción de la enzima transcriptasa

inversa.

Figura X-1: Procesos involucrados en la síntesis proteica

TIPOS DE ARN

El ácido ribonucleico mensajero (ARNm) es el molde para la construcción de la

proteína.


71

El ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) se encuentra en el sitio donde se

construye la proteína: el ribosoma.

El ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) es el transportador que coloca el

aminoácido apropiado en el sitio correspondiente.

El ARN tiene el azúcar ribosa en vez de desoxirribosa. La base uracilo (U)

reemplaza a la timina (T) en el ARN. El ARN tiene una sola hebra, si bien el ARNt

puede formar una estructura de forma de trébol debido a la complementariedad de

sus pares de bases.

TRANSCRIPCIÓN: COPIA DE ARNm DESDE LA SECUENCIA DE ADN

La ARN-polimerasa abre la parte del ADN a ser transcripta. Solo una de las

hebras del ADN (la hebra codificante) se transcribe. Los nucleótidos de ARN se

encuentran disponibles en la región de la cromatina (este proceso sólo ocurre en la

interfase) y se unen en un proceso de síntesis similar al del ADN.

TRADUCCIÓN DEL ARN EN PROTEÍNA

Fue el astrónomo George Gamow quien señaló que el código que

representa a los aminoácidos debía consistir en grupos de al menos tres de

las cuatro bases del ADN.

En efecto, los 20 aminoácidos están representados en el código genético por la

agrupación de tres letras (triplete) de las cuatro existentes. Si uno considera las

posibilidades de arreglo de cuatro letras agrupadas de a tres (43) resulta que tenemos

64 posibilidades de palabras a codificar, o 64 posibles codones (secuencia de tres

bases en el ARNm que codifica para un aminoácido específico o una secuencia de

control).

El código genético consiste en 61 codones para aminoácidos y 3 codones de

terminación, que detienen el proceso de traducción. El código genético es por lo tanto

redundante, en el sentido que tiene varios codones para un mismo aminoácido. Por


72

ejemplo, la glicina es codificada por los codones GGU, GGC, GGA, y GGG. Si un

codón muta por ejemplo de GGU a CGC, se especifica el mismo aminoácido.

La regulación de los genes de los procariotas difiere de la de los eucariotas pero

la de los procariotas es mucho más fácil de estudiar y a ellos se refiere gran parte de

los estudios.

Los promotores son secuencias de ADN que comienzan señales para la

transcripción del ARN. Los terminadores son señales de detención. La molécula de

ARNm puede tener de 500 a 10.000 nucleótidos.

Los ribosomas son las organelas de la célula donde se sintetizan la proteínas.

Los ribosomas están formados por una subunidad liviana (30S) y una pesada (50S),

el ARNr difiere en cada uno de ellos.

La subunidad 30S tiene un ARNr 16S y 21 proteínas diferentes.

La subunidad 50S consiste en ARNr 23S y 5S y 34 proteínas diferentes.

Figura X-2: Subunidades ribosomales

• La subunidad liviana tiene el sitio para que se pegue el ARNm. Tiene un rol

crucial en la decodificación del ARN pues monitorea el apareamiento de bases entre

el codón del ARNm y el anticodón de ARNt. También trabaja con la subunidad 50S

en el proceso denominado traslocación (proceso por el cual el ARNt asociado al

ARNm se mueve un codón)

• La subunidad pesada tiene dos sitios para el ARNt. Cataliza la formación de

la unión peptídica.

• El ARNt tiene forma de trébol y es el que lleva el aminoácido apropiado al

ribosoma cuando el codón lo “llama”.


73

• En la parte terminal del brazo más largo del ARNt se encuentran tres bases, el

anticodón, que son complementarias con el codón.

• Existen 61 ARNt diferentes, cada uno posee un sitio diferente para pegar el

aminoácido y un anticodón diferente. Para el codón UUU, el codón

anticomplementario es AAA.

• La unión del aminoácido apropiado al ARNt está controlado por una enzima:

la aminoacil-ARNt-sintetasa.

• La energía para la unión del aminoácido al ARNt proviene de la conversión de

ATP (adenosín-trifosfato) a AMP (adenosín-monofosfato).

Figura X-3: ARNt. Se observa el extremo aceptor de aminoácidos y el anticodón.

La traducción es el proceso de convertir las secuencias del ARNm en una

secuencia de aminoácidos. El código de iniciación es el AUG que codifica para el

aminoácido metionina (Met). La traducción no ocurre si no está el codón AUG, por

lo tanto la metionina (en realidad la formil-metionina, f-Met) es siempre el primer

aminoácido de la cadena polipeptídica, y frecuentemente se elimina al final del

proceso.


74

El complejo formado por ARNt/ARNm/subunidad ribosómica pequeña es

llamado complejo de iniciación. La subunidad grande se pega al complejo de

iniciación. Luego de esta fase el mensaje progresa durante la elongación de la cadena

polipeptídica.

• Un nuevo ARNt lleva otro aminoácido al sitio P vacío del complejo

ribosoma/ARNm y posteriormente se forma un enlace peptídico con el aminoácido

del sitio ocupado.

• El complejo se mueve a lo largo del ARNm hasta el próximo triplete,

liberando el sitio A.

• El nuevo ARNt entra en el sitio A y se repite el proceso. Cuando el codón es

un codón determinación, un factor de liberación se pega al sitio, parando la

traducción y liberando al complejo ribosómico del ARNm.

Figura X-4: Resumen de los procesos de transcripción y traducción.


75

A menudo muchos ribosomas leen el mismo mensaje y forman una estructura

conocida como polisoma. De esta manera la célula puede rápidamente fabricar

varias proteínas similares.

La secuencia de los aminoácidos determina la interacción entre los mismos y

por lo tanto define la manera en que la proteína recientemente formada se pliega y

adopta su conformación en el espacio. Sin embargo muchas proteínas por sin solas

no alcanzan su conformación nativa y requieren de complejos proteicos que la

ayudan: las “chaperoninas”.

A modo de resumen, la figura de la página siguiente sintetiza los conceptos de

transcripción y traducción.


76

ACTIVIDADES

1. Distinga entre los siguientes términos:

ARNm, ARNt y ARNr / codón anticodón.

2. ¿A qué se llama, en este marco, el “dogma central de la Biología”?

3. Sintetice en un párrafo de no más de 10 renglones el proceso de transcripción.

4. Sintetice en un párrafo de no más de 10 renglones el proceso de traducción.

5. Señala los aspectos diferentes que encuentras entre replicación y

transcripción? ¿Qué tienen en común?

6. Observa los siguientes esquemas, relativos al funcionamiento de los ácidos

nucleicos, e indica cuáles son verdaderos y cuáles son falsos:

ADN transcripción ARN

ADN traducción proteína

ADN replicación ADN1 + ADN2

ADN traducción ARN

7. Dada la siguiente secuencia de ADN:

ATA ACA TCG ATC TAC

Deduzca la secuencia del ARNm y de los anticodones de los ARNt que intervienen

en la síntesis del correspondiente polipéptido.

8. En la purificación de unas moléculas de ARNt se obtiene un fragmento cuya

secuencia de bases nitrogenadas es la siguiente:

AUACGGCUAUCAGA UAUGCCCAUAGUCU


77

¿Puede encontrarse en ese fragmento la secuencia del anticodón? Fundamenta tu respuesta.

9. Consultando la tabla de la clave genética, señala el polipéptido que saldría de este

trozo de ADN:

TACGCTGCGATAAACATTGCTCGAGAT

10. Teniendo en cuenta la tabla del código genético, establece todos los pasos que

conducirán a la síntesis del péptido leucina-alanina-prolina-serina-arginina-

arginina-valina, indicando:

Una secuencia entre todas las posibles, del ADN bicatenario correspondiente, teniendo en cuenta que el codón de iniciación es el AUG en el ARNm.

La secuencia de codones del ARNm.

El número de ARNt que intervendrán en el proceso y sus anticodones específicos.


78

UNIDAD N° 11

INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA

La Microbiología es la rama de la Biología que se ocupa del estudio de

microorganismos pertenecientes a los Reinos Monera (bacterias), Protista

(algas,protozoarios, etc.) y Fungi (levaduras, etc.), y de los virus.

BACTERIAS

Las bacterias viven sobre o dentro de casi todo material o hábitat existente en la

tierra, desde suelos hasta el agua y el aire; desde los ambientes templados hasta el

hielo del Ártico y en las hendiduras volcánicas. Cada centímetro cuadrado de piel

humana tiene en promedio 100.000 bacterias. Una simple cucharadita de tierra

contiene más de 109 bacterias. Son microorganismos de organización muy sencilla,

llamados también procariontes. Las características principales de los procariontes ya

fueren explicadas en la Unidad N° 1 del presente módulo.

A modo de repaso recordemos que las bacterias están formadas por (ver figura

VII-1):

• Un citoplasma, el cual presenta un aspecto viscoso (en su zona central

aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN

bacteriano).

• En algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de ADN con

información genética: 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.


79

• En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza

química.

• Muchas bacterias pueden presentar flagelos que le permiten moverse

a través de los ambientes líquidos. 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.

• Tienen una pared celular que es rígida y que está formada con

moléculas exclusivas de bacterias.

Figura XI-1. Esquema de una bacteria sencilla. Se señalan las estructuras más importantes.

Según su forma se clasifican en: bacilos (con forma de bastones), cocos (parecen

esferas pequeñas), y espiroquetas y espirilos (de forma espiralada).

Nutrición bacteriana


80

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 fotótrofos, cuya principal fuente de energía es la luz, y los

organismos quimiótrofos, cuya fuente de energía es un compuesto químico que se

oxida.

Atendiendo a las anteriores categorías, entre las bacterias podemos encontrar

las siguientes formas:

• Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto orgánico

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 (por ejemplo el H2S, o el Fe+2) y el

CO2 como fuente de carbono.

• Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y

el CO2 como fuente de carbono.

• Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía

y compuestos orgánicos como fuente de carbono.

Reproducción

En general las bacterias se reproducen asexualmente mediante división celular

simple, también llamada fisión binaria transversal. Tras la duplicación del ADN, la

pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal que separa de las dos

nuevas bacterias.

Pero además, las bacterias poseen mecanismos de reproducción sexual

mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN. Esta recombinación

genética ocurre por medio de tres mecanismos diferentes:


81

• Transformación: 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.

• 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.

a) b)

Figura XI-2. Ejemplos de bacterias: a) Escherichia coli, b) Streptococcus beta-hemolítico y c) Bacillus tetanicus

LEVADURAS

Las levaduras son hongos unicelulares que se reproducen asexualmente por

gemación en la mayoría de los casos, aunque también lo hacen por fisión, y

sexualmente por formación de esporas.

En general, las células de las levaduras son más grandes que la mayoría de las

bacterias, son ovaladas y miden alrededor de 3 a 6 µm. Ciertas levaduras se agrupan

para formar colonias.


82

Figura XI-3. Esquema de una célula de levadura en gemación, su principal forma de reproducción.

Figura XI-4. Microfotografía electrónica de barrido de algunas células de Candida albicans.

FERMENTACIÓN

Es una respiración anaerobia (en ausencia de oxígeno) en la que se genera ATP

mediante un proceso en el cual se utilizan compuestos orgánicos como donadores y

aceptores de electrones. Existen dos tipos de fermentación:


83

• La fermentación alcohólica en la cual se obtiene alcohol etílico a

partir de compuestos como el azúcar o el ácido pirúvico.

• La fermentación láctica en la que el producto final es lactato.

USOS DE LOS MICROORGANISMOS

Los microorganismos se encuentran en todas partes, en el agua hirviente,

incrustados en el hielo, inmersos en el petróleo. Algunos pueden

alimentarse de materiales en apariencia poco nutritivos, como el petróleo, la madera,

el plástico e incluso rocas sólidas. Cuando, además, se examinan las sustancias que

los microbios son capaces de manufacturar, empiezan a revelarse las inmersas

posibilidades de la biotecnología.

Gran cantidad de productos procedentes de la biotecnología se encuentran en

casi todos los campos de la vida moderna:

• En medicina: tratamientos para enfermedades como cáncer o

diabetes; antibióticos como la penicilina y la tetraciclina; vacunas

contra enfermedades víricas y parasitarias; nuevos y más rápidos

métodos de diagnóstico.

• En la agricultura y producción de alimentos: plantas resistentes a

enfermedades y mejor adaptadas a ambientes extremos; sustancias

capaces de acelerar el crecimiento de los animales, vacunas contra las

infecciones del ganado; alimentos para animales compuestos en gran

medida por microorganismos.

• En la producción de energía: combustibles renovables, incluidos

metano e hidrógeno, y alcohol combustible para usos domésticos e

industriales.

• En la industria: fuentes de enzimas fundamentales para la fabricación

de plásticos, pinturas, fibras artificiales y adhesivos; microbios que

pueden extraer metales de rocas sólidas; nuevos sistemas de control

de la contaminación.


84

ACTIVIDADES

1. ¿Qué quiere decir la palabra microbio?

2. ¿Qué seres vivos pertenecen al reino Monera?

3. ¿Qué seres unicelulares conoce?. Indique algunos de ellos que sean perjudiciales

para el hombre o para la biosfera y otros que sean beneficiosos.

4. ¿Qué grupos de microbios pueden producir enfermedades en un ser vivo?

5. Defina los siguientes términos: prión, bacteria fermentadora, bacteriófago,

transformación bacteriana.

6. Los microorganismos constituyen un conjunto muy heterogéneo:

• Cite dos que presenten una organización procariota.

• Mencione otros dos cuya organización sea eucariota.

• Cite dos que tengan una organización vírica.

7. En el año 1928, Alexander Fleming advirtió “de forma casual” que el moho que

había contaminado un cultivo de estafilococos había hecho desaparecer a su

alrededor las colonias bacterianas. Esta observación fue el punto de partida de las

investigaciones que, con los años, demostrarían que el moho del género Penicillium

segrega una sustancia destructora de las bacterias patógenas. “El azar sólo favorece a

los espíritus preparados”, Louis Pasteur.

• Desde el punto de vista de la investigación, comente brevemente el

significado de la frase de Pasteur.

• ¿Qué es un cultivo de microorganismos?

• Investigue: ¿Cuáles son las principales aportaciones de Pasteur a la

ciencia?. ¿En qué época vivió?


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8. Complete las siguientes frases:

• Una célula tiene nutrición autótrofa cuando __________________________.

• Una célula tiene nutrición heterótrofa cuando _________________________.

• Una célula es fotosintética cuando ___________________________________.

• Una célula es quimiosintética cuando ________________________________.

• Una célula realiza la fermentación cuando ____________________________.

Una célula realiza la respiración cuando

______________________________.


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BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA PARA LOS ESTUDIANTES

• Curtis, H.; Barnes, S. Biología. Editorial Medica Panamericana. 2000.

• Audesirk, T.; Audesirk, G.; Byers ,B.E. Biología. La vida en la Tierra. Prentice Hall. 2003.

• Solomon, E.P.; Berg, R.G.; Martin, D.W.; Villee, C. Biología. Interamericana McGraw-Hill. 5ª Edición. 2001.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

• Alberts, B.; Bray, D.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Watson, J.D. Biología Molecular de la Célula. Omega. 1996.

• Audesirk, T.; Audesirk, G.; Byers ,B.E. Biología. La vida en la Tierra. Prentice Hall. 2003.

• Curtis, H.; Barnes, S. Biología. Editorial Medica Panamericana. 2000.

• Griffiths, A.J.; Gelbart, W.M.; Miller, J.H. Lewontin, R.C. Genética Moderna. McGraw-Hill. 2000.

• Lehninger, A.L.; Nelson, D.L.; Cox, M.M. Principios de Bioquímica. Omega. 2000.

• Solomon, E.P.; Berg, R.G.; Martin, D.W.; Villee, C. Biología. Interamericana McGraw-Hill. 5ª Edición. 2001.

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