1. 1. Biologa La Vida 2 Bioqumica 6 Citologa 24 Histologa 34 Fisiologa 36 Reproduccin 48 Gentica 52 La Evolucin 58 Etologa 66 SALIRMEN AUTOEVALUACIONES
2. 2. 2 biologa la Vida TOMOS Este nivel est constituido por los tomos, considerados la parte ms pequea de un elemento qumico que puede intervenir en una reaccin qumica. Los tomos estn integrados por otras partcu- las ms pequeas como son los protones, los neutrones y los electrones. Algunos de los to- mos ms frecuentes en la materia viva son el carbono, el oxgeno o el hidrgeno. MOLCULAS Este nivel est constituido por las molculas, que son la agrupacin de dos o ms tomos mediante enlaces qumicos. Las molculas que constituyen la materia viva reciben el nombre de biomolculas y son, bsicamente, compuestos de carbono. A este nivel tambin pertenecen las macromolculas, que son el resultado de la unin de muchas molculas en un polmero; un ejemplo de macromolcula lo constituyen las protenas. Los seres vivos presentan diferentes niveles de organizacin que se ordenan desde los ms sencillos a los ms complejos: el tomo corresponde al primer nivel de organizacin. Organizacin de los Seres Vivos A la izquierda, representacin de una molcula orgnica de organo; corresponde al segundo nivel de organizacin. Abajo, una clula eucariota humana, que constituye el tercer nivel. ORGANISMOS UNICELULARES En este nivel se encuentran las clulas. stas se definen como la parte ms pequea de materia viva que puede existir libre en el medio. Las clu- las estn compuestas por una membrana que las asla del medio, un citoplasma en el que se encuentran inmersos diferentes orgnulos y un ncleo que slo se observa bien definido en las clulas eucariotas. En los casos ms simples, como procariotas, bacterias y protozoos, el indi- viduo est reducido a una sola clula, por lo que no existen niveles siguientes de complejidad. Estos individuos reciben el nombre de seres uni- celulares. A veces estos organismos pueden aso- ciarse formando colonias y consiguiendo de esta manera una mejor adaptacin al medio, pero no llegan a constituir un nivel pluricelular, ya que las clulas no adquieren una especializacin en el trabajo. En la observacin de la materia podemos distinguir diferentes grados de complejidad estructural que reciben el nombre de niveles de organizacin. La aparicin de cada uno de estos niveles se basa siempre en los niveles de organizacin ms sencillos, surgiendo en cada uno de ellos nuevas propiedades sin que desaparezcan las que ya posean.
3. 3. 3 POBLACIONES El conjunto de individuos que tienen unas mismas caractersticas constituye una especie. El conjunto de indi- viduos de una misma especie que viven en una misma zona y momento determinado constituyen una poblacin; tal es el caso de la poblacin de fla- mencos de una determinada zona. El conjunto de diferentes poblaciones que comparten un mismo lugar constituye lo que se conoce como comunidad o biocenosis. ORGANISMOS PLURICELULARES En este nivel se encuentran todos aquellos seres vivos que estn constituidos por ms de una clula y en l se pueden distinguir varios subniveles. Los tejidos son conjuntos de clulas que realizan la misma funcin y tienen un mismo origen. Cuando diferentes tejidos se unen para formar una unidad estructural y funcional, forman un rgano como puede ser el corazn. Por su parte, los sistemas son conjuntos de rganos que estn constituidos por los mismos tejidos pero que reali- zan actos independientes; un ejemplo de sistema es el ner- vioso. Asimismo, diferentes rganos pueden agruparse para realizar una funcin especfica, esta unin da lugar a un sistema. Un ejemplo es el digestivo, compuesto por rga- nos tan diferentes como los dientes, la lengua o el est- mago, pero con una misma funcin: realizar la digestin. La mayor complejidad en la organizacin de los seres vivos est representada por un ecosistema en el que se interrelacionan diferentes organismos vegetales y animales. Un grupo de flamencos forma el nivel de poblacin, es decir, el que rene individuos de la misma especie. biologa Organizacin de los Seres V ivos El cuarto nivel de organizacin est compuesto por la asociacin de clulas que forman tejidos. En la figura de la izquierda, se muestran tejidos que forman parte del sistema digestivo y que dan lugar a un individuo. Aspecto de los microvilli de las clulas del intestino vistos a 22.000 aumentos. Tejido epitelial de la lengua visto a 63 aumentos. Clulas vistas a 2.400 aumentos pertenecientes al epitelio del estmago. ECOSISTEMAS En este nivel se estudian tanto el conjunto de poblaciones, es decir, la biocenosis, como las condiciones fisicoqumicas que se dan en el lugar en el que estn viviendo, es decir, el biotopo. El conjunto de biocenosis y biotopo recibe el nombre de ecosistema. El conjunto de los diferentes ecosistemas del planeta forma la biosfera.
4. 4. 4 biologa la Vida En un principio se atribuy la presencia de los primeros organismos a un sistema de generacin espontnea; esta teora perdu- r hasta que Redi y Pasteur demostraron que en una atmsfera estril no apareca la vida. Las condiciones en las que se origin la vida eran muy diferentes a las actuales; en la atmsfera primitiva, el carbono terrestre se encontraba en forma de mo- lculas de metano y el nitrgeno y el oxge- no no estaban libres sino que se hallaban prin- cipalmente en forma de amonaco y agua. Esta primera atmsfera era eminentemente reductora; por otra parte, la ausencia de ozono permita que llegara a la Tierra una gran cantidad de radiaciones de gran energa que propiciaban borrascas con gran apa- rato elctrico. Todo ello favoreci la aparicin de unas condi- ciones qumicas y de algunas formas elementales de vida. El Origen de la VidaTodas las culturas han buscado diferentes argumentos que expliquen el origen de la Tierra y de la vida. Esta imagen corresponde al dios Tlaltecuhtli, creador de la Tierra para la civilizacin azteca. A. I. Oparin desarroll la teora sobre el origen de la vida, segn la cual los organismos se desarrollaron en un primitivo ocano. Su teora es la ms aceptada actualmente. TEORA DE OPARIN En 1924 un bioqumico sovitico, Oparin, propuso que en la atmsfera primitiva se produjo una serie de reacciones espontneas entre los gases que la formaban, metano, amo- naco y agua, activados por las radiaciones solares y las fuer- tes descargas elctricas. Estas reacciones dieron lugar a la aparicin de diversos compuestos orgnicos que fueron a parar a los ocanos primi- tivos hasta convertirlos en un gran caldo de cultivo orgnico. En este medio fueron surgiendo nuevas molculas que adquirieron mayor complejidad hasta que apareci un organismo, denominado protobionte, que se aisl del medio gracias a una membrana, aunque este aislamiento no fue total. Poco a poco, este pro- tobionte adquiri la capacidad de incorporar molculas del medio exterior y la de reproducirse. De esta manera aparecieron las funciones vitales como son el metabolis- mo, el crecimiento y la reproduccin. Luego, la evolucin y la seleccin natural favorecieron la aparicin de nuevos orga- nismos cada vez ms complejos y ms independientes del medio en el que vivan. En todas las civilizaciones y en todos los tiempos se ha intentado explicar la aparicin de la vida sobre la Tierra. La ciencia intenta buscar las causas, los mecanismos y las reglas que permitan justificar los hechos que llevaron a la aparicin de organismos vivos. La formacin de la Tierra ha sufrido diferentes etapas desde la nube de polvo inicial hasta que se fue consolidando, a la vez que se enfriaba y se formaban los ocanos. Se cree que este proceso ha durado casi 5.000 millones de aos.
5. 5. 5 Fotografa de microfsiles de algas cianofceas en Australia. Estos organismos vivieron en el ocano durante el precmbrico. FASES EN LA FORMACIN DE LA VIDA El proceso de formacin de la vida se puede esquematizar en cuatro etapas, las tres primeras corresponden a una evolucin qumica y la cuarta a la evolucin biolgica. La primera etapa, datada en unos 5.000 millones de aos, se refiere a la constitucin de la Tierra con una atmsfera pri- mitiva de carcter reductor. Los gases que formaban esta primera atmsfera provenan de las emanaciones de las rocas. La segunda etapa se refiere a una sntesis prebiolgica en la que, gracias a unas reacciones que tuvieron lugar en los gases atmosfricos, se formaron los principios inmediatos, es decir, los aminocidos, los azcares y las bases orgnicas que pos- teriormente dieron lugar a las cadenas proteicas y a los cidos nucleicos. La tercera etapa es la etapa subcelular en la que se forman los protobiontes en el caldo primitivo. Estos protobiontes estaran formados por protenas y cidos nucleicos. Por ltimo, la cuarta fase o fase protocelular implica la aparicin de un mecanismo reproduc- tivo que asegura las caractersticas qumicas y metablicas de las clulas paternas. La autorre- produccin posibilita la transmisin hereditaria a la vez que permite la existencia de cambios o mutaciones imprescindibles para que exista la evo- lucin biolgica. biologa el Origen de la Vida Fuente termal en Islandia. Se observan procesos de formacin de la corteza terrestre que recuerdan la etapa de constitucin de la Tierra. Urea cido glutamnico Experimento realizado por Urey y Miller para demostrar el origen de la vida; para ello mezcl los diferentes gases que existan en la antigua atmsfera y mediante una descarga elctrica consigui la aparicin de diferentes compuestos orgnicos. Metano Hidrgeno molecular Amonaco Agua
6. 6. 6 biologa Bioqumica Los principios inmediatos son combinaciones de bioelementos que forman parte de todos los seres vivos. Estos compuestos pueden aislarse de los seres vivos por mtodos simplemente fsicos, tales como la filtracin, la evaporacin, la destilacin, la dilisis o la electroforesis. Segn su naturaleza, los principios inmediatos se dividen en inorgnicos y orgnicos. Dentro de los principios inmediatos inorgnicos podemos distinguir el agua y las sales minerales. Los orgnicos agrupan molculas ms complejas como son los glcidos, los lpidos, las protenas y los cidos nucleicos. Dentro de esta ltima categora tambin se puede englobar toda una serie de compuestos que realizan una misin muy concreta de biocatalizadores: son las enzimas, las vitaminas y las hormonas. El agua es imprescindible para el desarrollo de la vida y sin ella no podra existir ningn organismo. La cantidad de agua vara de un sistema a otro, mientras que el 70 % de la Tierra est formado por agua, en el ser humano representa un 63 % y en algunas algas llega hasta el 95 %. EL AGUA El agua es la sustancia qumica ms abundante en la materia viva y constituye un componente indispensable de ella. Es el medio en el que se desarrollan todos los fenmenos fsicos y qu- micos de la vida celular. La cantidad de agua presente depende de cada organismo; as, en el ser humano representa un 63 % de su peso mientras que en las algas el porcentaje llega hasta el 95 %. El lmite inferior puede encontrarse en el esmalte de los dientes, con un 3 %, mientras que en el otro extremo se encuentra el lquido cefalorraqudeo, con un 99 %. El agua que se halla en la materia viva puede estar de tres formas: como agua circulante libre, como por ejemplo en la sangre; como agua de imbibicin, y en este caso es muy difcil de extraer; y como agua combinada en las reacciones qumicas, como por ejemplo durante el metabolismo. Propiedades del agua Las principales propiedades que presenta el agua son las siguientes: Elevado calor especfico. Esto significa que para que el agua aumente su temperatura es necesario suministrarle una gran cantidad de calor; esta caracterstica la convierte en un estabilizador trmico frente a los cambios bruscos de temperatura. Elevada constante dielctrica. Esta propiedad hace del agua un gran medio disolvente de compuestos inicos, por lo que es el medio apropiado para que se realicen las reacciones qumicas del organismo. Bajo grado de ionizacin. Esta caracterstica confiere al agua la propiedad de efecto tampn, por lo que el pH se mantiene dentro de unos lmites compatibles con la vida. El agua que forma parte de la sangre facilita el transporte de sustancias por todo el cuerpo. Los Principios Inmediatos Inorgnicos
7. 7. SALES MINERALES Las sales minerales son imprescindibles para la nutricin de los seres vivos. stas pueden encontrarse en forma precipitada, disueltas en forma de iones o asociadas a sustancias orgnicas. Las sales ms abundantes son cloruros, fosfatos, sulfatos, carbonatos y bicarbonatos de sodio, potasio, amonio, calcio y magnesio. El medio interno de los organismos pre- senta unas concentraciones inicas constan- tes y una variacin en el equilibrio provoca alteraciones en la permeabilidad, excitabili- dad y contractilidad de las clulas. Las principales funciones que realizan las sustancias minerales en el organismo son: Forman parte de las estructuras esquelticas. Estabilizan las dispersiones coloidales. Mantienen un cierto grado de salinidad en el medio interno. Constituyen soluciones amortiguadoras del pH. Son responsables de algunas funciones especficas. 7 Funciones del agua Debido a las propiedades que presenta el agua, sta de- sempea diversas funciones en el organismo vivo; las prin- cipales son las siguientes: Funcin disolvente de las sustancias y medio en el que se realizan las reacciones. Funcin de transporte de las sustancias. Funcin estructural debido a la presin que ejerce el agua interna, hecho que ayuda a mantener la forma celular. Funcin mecnica amortiguadora que evita el roce en algunas articulaciones. biologa los Principios Inmediatos Inorgnicos El agua puede encontrarse en la Tierra en diferentes estados, slido formando grandes bloques de hielo, lquida y en forma gaseosa como parte de la atmsfera. El esqueleto es un rgano rico en minerales como el calcio que le proporciona gran resistencia. Restos de esqueleto de ballena en Puerto Williams, Chile. Cl Na+ Na+ Cl H2O Iones en disolucin Las sales minerales se encuentran en forma inica como parte del medio interno de los organismos en disolucin. El dibujo ilustra cmo un bloque de sal comn se disocia inicamente en agua. Cl
8. 8. 8 biologa Bioqumica Los glcidos o hidratos de carbono son principios inmediatos orgnicos formados por carbono, hidrgeno y oxgeno cuya frmula emprica es CnH2nOn. Los glcidos constituyen el grupo ms abundante de compuestos biolgicos de la Tierra y, debido al sabor dulce que presentan muchos de ellos, tambin se denominan azcares. Los glcidos se clasifican en monosacridos, oligosacridos y polisacridos. MONOSACRIDOS Los monosacridos son glcidos de 3 a 7 tomos de carbono. Se trata de un slido blanco, soluble, dulce y cristalizable. Se nombran segn el nmero de carbonos que poseen; as, los de tres carbonos reciben el nombre de triosas, tetrosas si tienen cua- tro, pentosas si tienen cinco, hexosas con seis y heptosas si pre- sentan siete tomos de carbono. Los gl- cidos ms importantes son los de tres, cinco y seis tomos de carbono. Existen dos triosas, que son compuestos fun- damentales en el metabolismo de los glcidos. Entre las pentosas destacan la ribosa y la desoxi- rribosa, que forman parte de los cidos ribonu- cleicos y desoxirribonucleicos, respectivamente. De entre las hexosas cabe destacar la glucosa, la fructosa y la galactosa. La glucosa se encuentra libre en la uva, es el glcido ms abundante y el principal producto obtenido en la fotosntesis; tambin es la mo- lcula de partida para la respiracin celular. La fructosa es la cetosa que corresponde a la glu- cosa y es el azcar que se encuentra en la fruta; es muy abundante en la caa de azcar y en la remolacha. La galactosa es una aldosa que forma parte de la lactosa o azcar de la leche; tambin se encuentra en el cerebro. Los GlcidosLas frutas son una de las fuentes ms importantes de glcidos, en ellos se puede encontrar la fructosa. Abajo frmula qumica desarrollada de la fructosa. OLIGOSACRIDOS Los oligosacridos son hidratos de carbono constituidos por una cadena de dos a diez monosacridos, generalmente hexosas unidas mediante un enlace O-glucosdico. Se trata de sustancias dulces, solubles y cristalizables. Los oligosacridos ms importantes son disa- cridos entre los que destacan la sacarosa, la mal- tosa y la lactosa. La sacarosa se encuentra en la caa de azcar y est formada por glucosa y fructosa. La malto- sa est formada por dos molculas de glucosa y aparece en la digestin enzimtica del almidn y del glucgeno. La lactosa es el azcar de la leche y est formada por una molcula de galac- tosa y otra de glucosa. La sacarosa es un disacrido formado por una molcula de glucosa y otra de fructosa. Se conoce con el nombre de azcar y se utiliza como edulcorante nutritivo. Al lado, su frmula qumica.
9. 9. POLISACRIDOS Los polisacridos estn formados por la unin de muchos monosacri- dos y se trata de molculas de elevado peso molecular. Son los hidratos de carbono ms abundantes en la naturaleza. Los ms importantes son el almidn, el glucgeno, la celulosa y la quitina. El almidn es el polisacrido de reserva de las plantas y se acumula en forma de grnulos; est integrado por dos tipos de polmeros, la amilosa y la amilopectina. El glucgeno es la molcula de reserva de los animales, se encuen- tra sobre todo en el hgado y en los msculos y est formado por molculas de glucosa. La celulosa es el principal componente de las paredes de las clulas vegetales, por lo que su funcin es estructural y se trata de un polmero de celobiosa. Por su parte, la quitina es un polisacrido estructural que forma parte del exoesqueleto de los artrpodos. biologa los Glcidos FUNCIONES DE LOS GLCIDOS Los glcidos aportan la mayora de la energa que necesitan los seres vivos para mantener su actividad. Asimismo, proporcionan los tomos de carbono necesarios para la sntesis de otros principios inmediatos. En algunos casos, como la celulosa y la quitina, presentan funcin estructural y esqueltica. Son las molculas responsables del almacenamiento de energa tanto en los vegetales, tal es el caso del almidn, como en los animales, co- mo en el caso del glucgeno. La celulosa forma parte de la pared celular de los vegetales. El dibujo de la derecha representa la estructura de la fibra de celulosa y su situacin en una clula vegetal, y en la fotografa (izquierda) se pueden observar las fibras de celulosa presentes en un papel. Arriba, su frmula qumica. Pared de la clula vegetal Fibra ancha (macrofibra) Fibra estrecha Haz de molculas de celulosa Grnulos de almidn de patata vistos con 100 aumentos. El almidn es un polisacrido que se encuentra en las clulas vegetales y funciona como reserva energtica. Al lado, su frmula qumica. 9
10. 10. biologa Bioqumica Se trata de principios inmediatos orgnicos compuestos por carbono, oxgeno e hidrgeno, pudiendo contener adems nitrgeno, fsforo y azufre. Son sustancias qumicamente muy heterogneas aunque poseen propiedades fsicas y biolgicas comunes. Son poco solubles en agua, aunque se disuelven bien en disolventes orgnicos como la acetona, el ter o el cloroformo. Los lpidos se pueden clasificar en cidos grasos, lpidos simples y lpidos complejos. Los Lpidos CIDOS GRASOS Los cidos grasos son poco abundantes en estado libre y se obtienen mediante la hidrlisis de otros lpidos. Estas molculas estn formadas por una larga cadena hidrocarbonada. Si todos los enlaces son sencillos, se dice que el cido graso es saturado; si por el contrario existe algn enlace doble, el cido graso es insaturado. Los cidos grasos realizan reacciones de esterificacin y saponifica- cin. La esterificacin es la reaccin en la que los cidos grasos se unen a alcoholes mediante enlaces covalentes con la prdida de molculas de agua. La saponificacin es la reaccin en la que el cido graso reacciona con una base obtenindose una sal llamada jabn. LPIDOS SIMPLES Conocidos tambin con el nombre de hololpi- dos, los lpidos simples proceden de la esterifica- cin de cidos grasos y un alcohol. Los acilglic- ridos estn originados por la esterificacin de un cido graso con la glicerina. Si los cidos grasos son insaturados, la molcula que se obtiene ser lquida y recibir el nombre de aceite; si son satu- rados, la molcula es slida y se llama sebo. Los cridos se obtienen por la esterificacin del cido graso y un alcohol monovalente de cadena larga. Son molculas con gran carcter lipfilo y aparecen como recubrimiento protec- tor de aspecto creo. Adipocitos pertenecientes al tejido adiposo animal, como puede ser el de la ballena. Las grasas que se almacenan en este tejido constituyen adems la reserva energtica del animal. Muchos de los alimentos que forman parte de nuestra dieta son ricos en cidos grasos como el palmtico, que es una molcula saturada. Abajo, su frmula qumica desarrollada. Los aceites vegetales son ricos en lpidos formados por cidos grasos insaturados. 10
11. 11. 11 LPIDOS COMPLEJOS Tambin reciben el nombre de heterolpidos. Se pueden distinguir dos tipos, los saponi- ficables y los insaponificables. Dentro de los saponificables destacan los fosfolpi- dos, los fosfoaminolpidos, los esfingol- pidos y los glucolpidos. Los fosfolpidos son componentes de las membranas celulares y poseen cido fosfrico esterificado; ejercen una funcin decisiva en los procesos de permeabilidad. Los fosfoaminolpidos aparecen en las membranas de las clulas de los vegetales y los animales, sobre todo en clulas del tejido nervioso. Los esfingolpidos tambin estn presentes en las clulas vegetales y animales donde for- man parte de la vaina de mielina que protege los axones de las neuronas. Los glucolpidos se carac- terizan por poseer glcidos y por carecer de cido ortofosfrico; se dividen en cerebrsidos, ganglisidos y glu- cosildiaciglicridos. Los heterolpidos insa- ponificables se dividen en esteroides e isoprenoides. Los esteroides son lpidos complejos derivados del ciclopentano perhidrofe- nantreno. En este gru- po se engloba una serie de sustancias con gran im- portancia en el metabolis- mo como son las hormonas suprarrenales y la vitamina D. Los isoprenoides son lpidos for- mados por la polimerizacin de molculas de isopreno. A este grupo pertenecen los carotenos, responsables de la pigmentacin vegetal. biologa los Lpidos Microfotografa de los cristales de colesterol. El colesterol es un lpido complejo, presente en las membranas de las clulas animales cuya frmula qumica se muestra arriba. CH3 CH3 CH CH2 CH2 CH2 CH CH3CH3 CH3 HO FUNCIONES DE LOS LPIDOS Los lpidos son la principal reserva energtica del organismo y se encuentran almacenados en el tejido adiposo, donde se acumulan en puntos concretos gracias a su naturaleza viscosa. Tienen una funcin estructural a nivel celular, puesto que forman parte de las membranas citoplasmticas y otros orgnulos, y a nivel orgnico, donde recubren ciertos tejidos dndoles consistencia y pro- teccin. Tambin tienen una funcin dinmica ya que ejercen una labor trans- portadora de los cidos biliares y actan como biocatalizadores, como es el caso de algunas hormonas y vitaminas. Microfotografa de la vaina de mielina, un recubrimiento de esfingolpidos que protege los axones de las clulas nerviosas.
12. 12. biologa Bioqumica HOLOPROTENAS Las holoprotenas ms importantes son las albminas, las globulinas, el colgeno y la queratina. Las albminas son protenas solubles en agua y en disoluciones salinas; a este grupo pertenecen la seroalbmina de la sangre y la ovoalbmina del huevo. Las globulinas son protenas solubles en disoluciones salinas y a este grupo pertenecen la ovoglobulina del huevo, la lactoglobulina de la leche y la seroglobulina de la sangre. El colgeno aparece en los tejidos con- juntivos, cartilaginosos y en la parte orgnica de los huesos. Las queratinas, por su parte, aparecen en los cabellos y los pelos, las uas, las lanas, los cuernos, las pezuas y las plumas. Esquema simulado por computadora de la seroalbmina de la sangre humana, la protena ms abundante del sistema circulatorio. Las Protenas Hlice Cutcula Clula Protofibrilla Los aminocidos son molculas sencillas, slidas, cristalinas, solubles en agua y formadas por un grupo amino (NH2) y un grupo carboxlico. De todos los aminocidos existentes en la naturaleza slo 20 se hallan en las protenas, son los aminocidos esenciales. Con estos aminocidos se construyen largas cadenas que representan el esqueleto de las protenas. Los aminocidos se unen mediante un enlace peptdico que se establece entre un grupo amino de un aminocido y el grupo carboxlico de otro aminocido con la prdida de una molcula de agua. Las protenas se clasifican en holoprotenas, si en la molcula slo intervienen aminocidos, o en heteroprotenas, si estn unidas a grupos de naturaleza no proteica. Microfotografa de un pelo facial formado por una protena, la queratina, cuya estructura est compuesta por pequeas fibras que se agrupan en forma de hlice. Las clulas estn recubiertas de una cutcula. Grupo amino Radical Grupo carboxilo (cido) Representacin de la estructura tpica de un aminocido formado por un grupo amino (NH2) y un grupo carboxlico (COOH). Las protenas son principios inmediatos orgnicos cuya composicin elemental est constituida por carbono, hidrgeno, nitrgeno, oxgeno y, en algn caso, azufre. Se trata de polmeros no ramificados formados por unos monmeros que reciben el nombre de aminocidos. HETEROPROTENAS Las heteroprotenas son protenas que estn for- madas por un grupo proteico y uno prosttico. Los fosfoproteidos tienen un cido ortofosfrico como la casena de la leche. Los glucoproteidos poseen un grupo prosttico formado por molculas de gl- cidos; a este grupo pertenecen algunas hormonas. 12
13. 13. 13 En los lipoproteidos, el grupo prosttico est consti- tuido por cidos grasos y aparecen en las membranas citoplasmticas. Los cromoprotei- dos se caracterizan por llevar un tomo metlico en su molcula y presentar color; tienen un papel importante en la respiracin y en la pigmenta- cin. Los nucleoproteidos estn formados por una protena de carcter bsico y un cido nucleico. ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS La estructura primaria de las protenas est for- mada por la secuencia de aminocidos. La estructura secundaria es la disposicin espacial de la estructura primaria, y existen dos tipos: en forma de hlice y en forma de lmina plegada. La estructura terciaria puede ser globular o fila- mentosa. La cuaternaria, que slo es propia de algunas protenas como el colgeno y la hemo- globina, se refiere a la forma en que se unen diversas cadenas polipeptdicas formando un complejo proteico. FUNCIONES DE LAS PROTENAS Las protenas pueden funcionar como enzimas, como hormonas o como componentes estructu- rales importantes en las clulas y los tejidos. Podemos destacar las siguientes funciones: Funcin estructural, como es el caso del col- geno y la queratina. Funcin transportadora, como es el caso de la hemoglobina que transporta oxgeno en la sangre. Funcin catalizadora que favorece ciertas reacciones del metabolismo. Funcin homeosttica de carcter amortigua- dor frente a variaciones del pH del medio interno. Funcin inmunolgica, ya que las globulinas constituyen los anticuerpos. Funcin contrctil, como es el caso de la acti- na y la miosina responsables de la contraccin muscular. biologa las Protenas Estructuras secundarias Estructura primaria Estructura terciaria Unidad simple de un polipptido Polipptidos idnticos unidos Estructura cuaternaria Secuencia que muestra las diferentes estructuras de una protena. stas determinan la funcin proteica de forma que, si se pierde, la protena se desnaturaliza y deja de ser funcional. Aminocidos Leu Asp Ala Val Arg Gly Ser C C C C N O H N H C C O H NC C OC C O O H N C C O N H C C O N H CC O N H H N O C N H C H NC O C O C N H C H NC O C O C N H C H NC O C O C N H C H NC O C N H O C C H N C C O N H O C C H N C C O N H O C C H N C C O N H O C C H N C C O
14. 14. 14 biologa Bioqumica Los cidos Nucleicos Los cidos nucleicos son compuestos qumicos formados por car- bono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y fsforo. Estn formados por una pentosa, que puede ser una ribosa o una desoxirribosa, un cido ortofosfrico y una base nitrogenada. Segn sea la pentosa se distinguen dos tipos de cidos nucleicos: el cido ribonucleico (ARN), si es una ribosa, y el cido desoxirribonucleico (ADN), si es una desoxirribosa. Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos: las bases pricas, adenina y guanina, y las bases pirimi- dnicas, citosina, timina y uracilo. El grupo formado por la pentosa y la base nitroge- nada se denomina nuclesido; cuando este nuclesido se une al cido ortofos- frico forma un nucletido. Los cidos nucleicos son cadenas de nucletidos uni- dos a travs del radical fosfato. Estos com- puestos reciben el nombre de molculas de la herencia ya que son las responsables del mensaje gentico en todas las clulas. Bases nitrogenadas Hlice La doble hlice de ADN est formada por cidos nucleicos que se diferencian en la base nitrogenada que poseen. En esta cadena una base prica siempre se une a una pirimidnica. Modelo tridimensional hecho por computadora de una cadena de ADN. El color blanco representa los tomos de hidrgeno, el gris los de carbono, el azul los de nitrgeno, el rojo los de oxgeno y el amarillo los de fsforo. Bases nitrogenadas Adenina Bases pricas Bases pirimidnicas Guanina Citosina Timina Fsforo Azcar El ADN est formado por una cadena de nucle- tidos que contienen como pentosa una desoxi- rribosa y como bases nitrogenadas adenina, gua- nina, citosina y timina. La estructura primaria del ADN es una secuencia de nucletidos de una sola cadena que lleva el mensaje biolgico. En la estructura secundaria, dos cadenas de ADN se enfrentan y se unen mediante puentes de hidrgeno que se establecen entre las bases nitrogenadas de forma que la adenina se une a la timina y la citosina a la guanina. Estas dos cadenas se retuercen en forma de hlice y se organizan en una doble hli- ce de ADN a modo de escalera de cuerda. Las dos cadenas que forman la doble hlice son complementarias y antiparalelas. Cuando a esta doble hlice se unen otras molculas como las histonas, que sirven para estabilizar la mo- lcula de ADN, se habla de una estructura terciaria. Modelo tridimensional de la enzima ribonucleasa. Las enzimas son protenas que presentan estructuras complejas que intervienen en su funcin. CIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
15. 15. CIDO RIBONUCLEICO (ARN) El ARN est formado por una cadena de nucletidos que contiene como pen- tosa una ribosa y como bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo. La sustitucin de la timina por uracilo es una de las diferencias que existen entre el ADN y el ARN; otra diferencia que se establece entre ellos es que el ARN es monocatenario, excepto en algn caso como en los retrovirus, donde se encuentra ARN bicate- nario. El ARN interviene en la transferencia de la informacin almacenada en el ADN para la sntesis de las prote- nas. Segn la estructura, el lugar donde se encuentren y la funcin que realizan, se distinguen tres tipos de ARN: ARN ribosmico (ARNr), ARN mensajero (ARNm) y ARN de transferencia (ARNt). ARN ribosmico El ARNr posee una estructura primaria, secundaria y en algunas ocasiones terciaria y forma parte de los ribosomas constituyendo el 60 % del peso de los mismos. Posee una estructura compleja en forma de hoja de trbol. El ARNr es rico en guanina y pobre en citosina. Presenta una gran variabilidad en su peso molecular. En los ribosomas tiene lugar la sntesis de protenas. ARN mensajero El ARNm slo presenta estructura primaria con una forma fila- mentosa. Se halla asociado a molculas de histona para protegerlo del ataque de las enzimas nucleasas. El ARNm es el compuesto qumico encargado de transportar la informacin gentica del ncleo al citoplasma celular para la sntesis de protenas. ARN de transferencia El ARNt est constituido por una sola cadena con forma de hoja de trbol con un brazo llamado anticodn y otro brazo aceptor de aminocidos. Su funcin es la de transportar los aminocidos desde cualquier punto del citoplasma celular hasta los ribosomas. Existe, por lo menos, un ARNt especfico para cada uno de los 20 amino- cidos esenciales. Guanina Citosina Cadena del ADN Timina Adenina Uracilo biologa los cidos Nucleicos Para que la informacin contenida en el ADN se transfiera al ARN debe tener lugar la transcripcin. Durante este proceso las dos cadenas de ADN se separan a la vez que se copian para dar lugar al ARN. Cadena de ARNm, copia de la informacin del ADN 15 Cadena ARNm A A A B B B B B C C Aminocidos ARNt RibosomaLos diferentes tipos de ARN participan en la sntesis de protenas, la cadena de ARNm aporta la informacin necesaria para que el ARNt incorpore los aminocidos correspondientes. La sntesis tiene lugar en los ribosomas.
16. 16. 16 biologa Bioqumica Representacin de una enzima, de tipo lisina, que acta contra las bacterias mediante la destruccin de la pared. CLASIFICACIN DE LAS ENZIMAS Las enzimas se clasifican segn la funcin que realizan. Para denominar una enzima se cita primero el nombre del sustrato, a continuacin el nombre de la enzima y finalmente la funcin que realiza. Las oxidorreductasas son un tipo de enzimas cuya funcin es catalizar las reacciones bioqumicas en las que se produce una oxidacin o una re- duccin del sustrato. Estas enzimas son propias de la cadena respiratoria. Las transferasas son un tipo de enzimas capaces de transferir radicales de un sustrato a otro sin que en ningn momento quede libre dicho radical. Transfieren grupos de un tomo de carbono, radicales amino, grupos carbonilo, grupos fosfato, etc. Las hidrolasas catalizan reacciones de hidrlisis, es decir, rompen enlaces introduciendo los elementos del agua. A este grupo pertenecen los que rom- pen los enlaces ster, los que hidroli- zan los enlaces glucosdicos y los que hidrolizan los enlaces peptdicos. Las liasas regulan reacciones en las que rompen enlaces con prdidas de grupos y la aparicin de dobles enlaces. Esta reaccin se produce sin la intervencin de agua. Las isomerasas son enzimas que transforman el sustrato en otra molcula ismera. Las ligasas o sintetasas catalizan reacciones en las que se forman enlaces mediante la energa que se desprende de la ruptura del ATP. La molcula de ATP (adenosintrifosfato) es un mononu- cletido formado por adenosina y tres grupos fosfricos. El ATP est presente en todas las reacciones biolgicas en las que se libera o consume energa, los enlaces que unen los fos- fatos a la adenosina son de alta energa por lo que cuando se rompen liberan parte de esta energa que se utiliza para llevar a cabo diferentes reacciones necesarias en el metabolismo de los seres vivos. Las Enzimas Las enzimas son catalizadores orgnicos especficos que regulan la mayora de las reacciones metablicas de los seres vivos. Son compuestos solubles en agua y tienen una gran difusibilidad en los lquidos orgnicos. Tras la accin enzimtica se obtienen los productos mientras la enzima queda inalterada y dispuesta para una nueva reaccin. Segn sea la composicin molecular de la enzima se distinguen dos tipos: las enzimas estrictamente proteicas y las enzimas formadas por una parte proteica o apoenzima y otra parte no proteica o cofactor. Modelo tridimensional de la enzima glucgeno fosforilasa cuya actividad est relacionada con la contraccin muscular. La grfica muestra la actividad de una enzima presente en los gatos siameses. Esta enzima, responsable de la inhibicin de la melanina, es ms activa en una franja clida de temperatura, por lo que las partes fras del gato, las extremidades, son ms oscuras. Actividad 10 20 30 40 50 60 Temperatura (C)
17. 17. 17 Sustrato Enzima + sustrato Enzima (detalle del centro activo) Aminocidos de fijacin Aminocidos catalizadores Enlaces dbiles Centro cataltico enlaces fuertes Enzima (detalle del centro activo) Complejo enzimtico Enzima + producto Producto Esquema que muestra los cambios que se producen en una reaccin enzimtica. El sustrato se une al centro activo de la enzima dando lugar a un producto, la enzima no vara y puede ser utilizada en otra reaccin. biologa las Enzimas ACCIN ENZIMTICA En toda reaccin enzimtica el sustrato se une a la enzi- ma para dar lugar al produc- to; una vez finalizada la reaccin, el sustrato se sepa- ra rpidamente para fijarse a un nuevo sustrato. En esta reaccin la enzima permanece inalterable. Debido a su accin como catalizadores, aceleran las reac- ciones qumicas disminuyendo su energa libre de activacin sin alterar el equilibrio de la reaccin. El punto en el que se une el sustrato a la enzi- ma recibe el nombre de centro activo. Este punto posee grupos funcionales especficos que permi- ten dicha unin. La especificidad de una enzima por un sustrato depende principalmente de dos caractersticas estructurales: el sustrato debe tener un grupo funcional especfico que ataca la enzima y debe tener otros grupos funcionales que le permitan orientarse adecuadamente y encajarse en el centro activo. Si aumenta el sustrato, se produce una velocidad en la formacin de producto; pero si la concentracin de sustra- to es excesiva, la velocidad de reaccin no variar debido a que no quedar enzima libre para reaccionar. La curva que da lugar se denomina curva de Michaelis-Menten; esta curva permite calcular la concentracin de sus- trato ptima para lograr una velocidad mxima. Todas las enzimas presentan un rango de tem- peraturas y de pH entre cuyos valores es activa; fuera de esos valores, la enzima puede desnatura- lizarse.Tambin el efecto de activadores e inhibi- dores puede afectar a la actividad de la enzima. Algunas enzimas, frente a pequeos incrementos de algunas sustancias, aumentan considerable- mente la velocidad de reaccin; este efecto se denomina efecto alostrico y es propio de enzi- mas que estn constituidas por varias unidades. Cristales de la enzima proteoltica tripsina vistos a travs de un microscopio de luz polarizada.
18. 18. 18 biologa Bioqumica Las Vitaminas Las vitaminas son sustancias qumicas de naturaleza orgnica, necesarias, en cantidades muy pequeas, para el correcto funcionamiento del organismo. Actan como biocatalizadores en gran cantidad de reacciones bioqumicas. Generalmente son producidas por los vegetales, y los animales deben ingerirlas con la dieta. Tanto una deficiencia, hipovitaminosis, como un exceso, hipervitaminosis, pueden provocar alteraciones en el organismo. Las vitaminas se clasifican en: liposolubles e hidrosolubles. Las liposolubles son insolubles en agua; a este grupo pertenecen las vitaminas A, D, E y K. Las vitaminas hidrosolubles son solubles en agua. Su exceso no provoca toxicidad ya que son fcilmente eliminables por la orina. A este grupo pertenecen la vitamina C y todas las del complejo B. VITAMINA A Conocida tambin con el nombre de vitamina antixeroftlmica, la vitami- na A es un alcohol incoloro, de aspecto oleoso y de gran peso mo- lecular. Sus precursores son los caro- tenos que se encuentran en los vege- tales junto a la clorofila. Esta vitamina es indispensable para el normal desarrollo de los animales jvenes. Su accin est relacionada con la proteccin de tejidos epiteliales como mucosas y piel. Adems es necesaria para la percepcin de la luz ya que, en su ausencia, no puede sintetizarse la rodopsina. La carencia de vitamina A provoca en el orga- nismo la aparicin de infecciones en los tejidos epiteliales adems de un engrosamiento y opaci- dad de la crnea. Tambin se da un empobreci- miento de la cantidad de retineno que tiene Cristales de vitamina A (izquierda) y estructura molecular de esta vitamina (abajo). La deficiencia de esta vitamina provoca problemas en la visin. como consecuencia la prdida de agudeza visual y la ceguera nocturna. El exceso en la ingestin de vitamina A tam- bin conlleva problemas como ahogo, cada del pelo o debilidad. La vitamina A se encuentra en vegetales de color amarillo como la zanahoria, as como en la leche, la mantequilla y la fruta. Una dieta variada aporta todas las vitaminas necesarias al organismo.
19. 19. VITAMINA D Es un grupo de sustancias dotadas de actividad anti- rraqutica activadas mediante irradiacin ultravioleta. Son alcoholes slidos solubles en grasas y con una estruc- tura muy parecida a la del colesterol. La vitamina D es la respon- sable de la regulacin de la absorcin de calcio a travs de la pared intesti- nal, as como la concentra- cin de calcio en la sangre, la estabilidad y la formacin de los hue- sos. La carencia de esta vitamina origina el ra- quitismo en los nios y la osteomalacia en los adul- tos. Estas dos enfermedades provocan una defectuosa calcificacin de los huesos que se llegan a deformar. El exceso de vitamina provoca trastornos digestivos y calcificaciones de algunos rganos como los riones, el hgado o el corazn. Los alimentos ricos en esta vitamina son el salmn, la sardina, la leche y los huevos. biologa las Vitaminas Cristales de vitamina D2 y estructura molecular (arriba, a la derecha). Esta vitamina es necesaria para el correcto crecimiento y calcificacin de los huesos. VITAMINA E Conocida tambin con los nombres de tocoferol o vitamina restauradora de la fertilidad, la accin de esta vitamina no ha sido comprobada todava en el ser humano, aunque se sabe que, en algunos animales, su carencia provoca la aparicin de algunos individuos estriles. Esta vitamina tiene una cierta actividad protectora de algunas molculas lipdicas, de tal modo que impide su oxidacin metablica. La hipovitaminosis, en los roedores, provoca esterilidad y distro- fia muscular. Los alimentos ricos en esta vitamina son los vegetales de hoja verde, semillas y la yema de huevo. Cristales de la vitamina E. Esta vitamina se engloba dentro del grupo de vitaminas liposolubles. VITAMINA K Conocida tambin con los nombres de filoqui- nona o vitamina antihemorrgica, la vitamina K es esencial para la formacin de la protrombina, molcula precursora de la trombina, enzima que coagula la sangre. Las carencias de vitamina K son raras y estn asociadas a otros problemas como una alteracin en la absorcin intestinal; la hipovitaminosis favorece la aparicin de hemorragias. Las fuentes que proporcionan esta vitamina son los vegetales de hoja verde, los deri- vados de pescados e incluso la actividad de la flora bacteriana. 19
20. 20. 20 biologa Bioqumica VITAMINA C Se trata de una vitamina hidrosoluble conocida tambin con el nombre de cido ascrbico. Es un potente reductor y su actividad est relacionada con la snte- sis de colgeno, fibra que forma parte de los tejidos reticulares que mantienen la cohesin entre diferentes tejidos. Tambin estimula el apetito, favorece el crecimiento e influye sobre la respiracin celular. La carencia de vitamina C provoca una enfermedad conocida como escorbuto, que se caracteriza por hemorragias, encas san- grantes, cada de los dientes y trastornos digestivos. Los alimen- tos ricos en esta vitamina son los ctricos, las hortalizas y la leche. VITAMINA B1 Se conoce tambin con el nombre de tiamina. Es un estimulante del ape- tito, favorece el desarrollo y juega un papel importante en el metabolismo de los hidratos de carbono, sobre todo en el tejido nervioso. Su carencia provoca una enfermedad que recibe el nombre de beriberi, caracterizada por una degeneracin neuronal, debilidad muscular, hipersensibilidad, prdida de reflejos, insuficiencia cardaca y falta de apetito. Los alimentos ricos en esta vitamina son la carne, vegetales, cereales, semillas de leguminosas y algunas levaduras. Cristal y estructura molecular (abajo) de la vitamina C. Esta vitamina est presente en la mayora de las frutas, especialmente en los ctricos. Cristales y estructura molecular (abajo) de la vitamina B1 cuya deficiencia provoca una enfermedad que recibe el nombre de beriberi. VITAMINA B2 La vitamina B2, conocida tambin con el nom- bre de riboflavina o lactoflavina, estimula el cre- cimiento y previene algunas alteraciones cut- neas debido a que incide sobre la respiracin celular. Forma parte de algunas coenzimas de enzimas deshidrogenasa que actan en procesos respiratorios, sobre todo en la oxidacin de gl- cidos y aminocidos. La carencia de esta vitami- na est relacionada con el enrojecimiento de los labios, lengua, mejillas y ojos e incluso una cier- ta fotofobia. Se encuentra en casi todos los ali- mentos.
21. 21. 21 VITAMINA B6 Tambin se denomina piridoxina. Algunos estudios apuntan a que esta vitamina es esencial para la formacin de los glbulos rojos de la sangre y la hemoglobina. Sus sntomas carenciales son anemia, irritabilidad y posibles trastor- nos mentales. Dicha vitamina se en- cuentra en vegetales de hojas verdes y en las levaduras. VITAMINA B9 Tambin se conoce con el nombre de cido flico. Es una coenzima relacionada con la formacin de bases pricas y pirimidnicas as como con los procesos de crecimiento y eritropoyesis. Su carencia en adultos provoca anemia y en nios un retraso en el crecimiento. Se encuentra en el hgado, huevos, leche, vegetales verdes, semillas y levaduras. VITAMINA B12 Interviene en el metabolismo de formacin de protenas y ci- dos nucleicos. La falta de esta vitamina provoca la anemia perniciosa en la que se produce una anormalidad en la forma- cin de glbulos rojos. Esta vitamina es sintetizada por las bacterias que forman parte de la flora intestinal. CIDO PANTOTNICO Forma parte de la coenzima A y su actividad se relaciona con la formacin y degradacin de cidos grasos. Su carencia provoca dermatitis, despigmentacin y retraso en el creci- miento. Es sintetizado por bacterias, levaduras y vegetales de hoja verde. Cristales de la vitamina B6. Esta vitamina est relacionada con la formacin de glbulos rojos y su deficiencia provoca anemia. biologa las Vitaminas Cristales de vitamina B12; esta vitamina est relacionada con la formacin de glbulos rojos y su deficiencia causa la anemia perniciosa. Estructura molecular y cristales del cido pantotnico perteneciente al grupo de la vitamina B, que se encuentra en la mayora de los alimentos. Cristales de cido flico, una vitamina del grupo de la vitamina B. La avitaminosis provoca un tipo de anemia.
22. 22. 22 biologa Bioqumica Las Hormonas Las hormonas son mensajeros qumicos que se sintetizan en las glndulas endocrinas y son transportadas a largas distancias mediante la sangre hasta los receptores de los rganos en los que van a realizar su funcin. Existen hormonas vegetales y animales. HORMONAS VEGETALES Estas hormonas son producidas por clulas que se encuentran en los meristemos apicales de los tallos y las races. Son transportadas desde el lugar de produccin hasta la estructura de la planta donde actan mediante los vasos conductores. Estn relacionadas con el creci- miento de las partes distales de la planta, estimulan la floracin, la formacin de frutos y la aparicin de races adventicias o impiden la cada de la hoja y de los frutos. Auxinas Se originan en las zonas apicales de la planta. Controlan las siguientes funciones: determinan el fototropismo positivo y el geo- tropismo negativo del tallo, estimulan el crecimiento del vegetal, favorecen la maduracin del fruto, inhiben el desarrollo de las yemas axilares y determinan la formacin de races en los esquejes de los tallos. Giberelinas Determinan un crecimiento excesivo del tallo, muy apropiado para especies enanas, e inducen la germinacin de la semilla. cido abscsico Es una sustancia inhibidora. Sus efectos son la detencin del crecimiento del tallo, la cada de la hoja y la inhibicin de la germinacin. Citocininas Incrementan el ritmo de crecimiento celular e incluso pueden determinar la transformacin de unas clulas vegetales en otras. Experiencia que demuestra la relacin de las auxinas con la elongacin de los vegetales. Si se corta la parte superior de un tallo y se coloca sobre una pastilla de agar, se conseguir que las auxinas penetren en este agar. La colocacin del agar sobre otro tallo cortado provocar la estimulacin del crecimiento. Pastilla de agar Crecimiento estimulado Crecimiento normal La floracin y la formacin del fruto estn reguladas por la accin de hormonas. HORMONAS ANIMALES Las hormonas animales son sintetizadas en las glndulas endocrinas y son vertidas a la sangre que las llevar hasta el rgano diana. Este rga- no se caracteriza por poseer un receptor espec- fico para una hormona en particular. La mayora de las hormonas no actan aisladamente; en algunos casos, muchas de ellas poseen un efecto antagnico mientras que otras son sinrgicas, aumentando la efectividad de otras hormonas. Las hormonas animales pueden clasificarse se- gn su naturaleza qumica. Las hembras de la mariposa de la seda secretan feromonas para atraer al macho.
23. 23. Hormonas derivadas de aminocidos Son la adrenalina, noradrenalina y tiroxina, que se forman a partir del aminocido tirosina mediante reacciones de hidroxilacin y yodacin. Hormonas esteroideas Estn secretadas por la corteza de las glndulas suprarrenales, ovarios, testculos y la placenta. Algunas de las hormonas de este grupo son los andrgenos, estrgenos, progesterona y la hormona de la muda de los insectos. biologa las Hormonas Hormona de activacin Hormona de activacin Glndula protorcica Glndula protorcica Hormona de la muda (ecdisona) Hormona de la muda (ecdisona) Muda larvaria Muda ninfal Muda imaginal Cuerpos alados Hormona juvenil (neotenina) Cerebro Hormonas proteicas Podemos encontrar pptidos de cadena corta como la oxitocina y la vasopresina, pptidos de cadena ms larga como la calci- tonina, la insulina y el glucagn, as como grandes cadenas de protenas como la TSH o la hormona del crecimiento. Hormonas derivadas de cidos grasos Algunas de estas hormonas son la hormona juvenil de los insectos y la de las prostaglan- dinas, que derivan del cido araquidnico y son secretadas por la vescula seminal. FEROMONAS Las feromonas son sustancias qumicas que regulan ciertos actos del comportamiento de los animales. Son expulsadas al exterior y son captadas por otros animales mediante el olfato, las partes sensibles externas del cuerpo o mediante su ingestin. Las feromonas atrayentes sirven para atraer a un individuo del sexo opuesto o para mantener unida una manada. Al primer caso pertenecen las que utili- zan, por ejemplo, las mariposas. Las tranquilizadoras contribuyen a la mutua identificacin de individuos de la misma especie. Las feromonas repelentes delimitan el territorio de un individuo. Las disuasivas aparecen siempre que un animal se encuentra en una situacin de peligro. Durante el proceso de metamorfosis de algunos insectos actan diversas hormonas segn el estadio en el que se encuentre el individuo. Cerebro Cristales de adrenalina, una hormona cuyas funciones estimulan diferentes actividades metablicas. 23
24. 24. Los primeros conocimientos sobre la estructura de la clula datan del ao 1665 y se deben al cientfico ingls Robert Hooke, que public los resultados de sus observaciones microscpicas realizadas en tejidos vegetales. En este trabajo apareci por primera vez el trmino clula (en ingls, cell) al describir las celdillas que constituyen el tejido suberificado del corcho. En trabajos posteriores, otros cientficos describieron la clula aunque no utilizaron este nombre. En 1839, Schleiden y Schwann iniciaron la teora celular al enunciar que todas las clulas son morfolgicamente iguales y que todos los seres vivos estn constituidos por clulas. En 1855, Wirchow ampli esta teora al postular que toda clula procede de otra clula ya existente y no por generacin espontnea como se crea hasta entonces. De esta forma, la teora celular expresa que la clula es la unidad vital, morfolgica, fisiolgica y gentica de todos los seres vivos. TIPOS DE ORGANIZACIN CELULAR Existen dos tipos principales de organiza- cin celular, las clulas procariotas y las clu- las eucariotas. Las clulas procariotas se caracterizan principalmente por carecer de una membrana nuclear de forma que el ADN se encuentra en el seno del citoplas- ma. Generalmente se trata de clulas peque- as con una divisin celular directa, no presentando fenmenos de sexualidad. No presentan mitocondrias, por lo que las enzimas se encuentran en la membrana celu- lar. Tambin disponen de ribosomas de tama- o pequeo. Por su parte, las clulas eucariotas presentan un verdadero ncleo rodeado de una membrana nuclear que engloba el material gentico. Suelen ser clulas grandes que se dividen mediante una mitosis tpica. Presentan mitocondrias que contienen las enzimas necesarias para llevar a cabo el metabolismo y ribosomas grandes. Los organismos eucariotas pueden presentar formas unicelulares y formas pluricelulares con un tipo de organizacin compleja. Las diferencias entre las clulas eucariotas animales y vegetales radican, sobre todo, en algunos de sus orgnulos. Las clulas vegetales estn dotadas de una gruesa pared celular, grandes vacuolas y diferentes plastos, mientras que las clulas animales presentan centrolos y lisosomas, estructuras ausentes en las clulas vegetales. 24 biologa Citologa La Teora Celular Microfotografa de la bacteria Escherichia coli. La estructura celular de estos organismos es muy sencilla. Estructura celular, segn Hooke. ADN Cilios Membrana plasmtica Pared celular Citoplasma Flagelo Ribosomas (puntitos) Esquema de una clula procariota tpica en la que no existe un ncleo definido y rodeado por una membrana.
25. 25. FORMA Y TAMAO CELULAR La forma de las clulas depende de la funcin que desempean en el tejido al que pertenecen y de los contactos con las otras clulas vecinas. En algunos casos, como ocurre con los glbulos blancos, las clulas pueden alterar su forma. Las clulas vegetales suelen adquirir formas polidricas y los organismos unicelulares presen- tan una gran variedad de formas. biologa la Teora Celular Esquema de una clula eucariota animal, el ncleo presenta una membrana que lo separa del resto del citoplasma. Esquema de una clula eucariota vegetal, su forma tiende a ser polidrica y presenta una pared celular que le confiere rigidez; otros orgnulos diferenciadores son las vacuolas y los cloroplastos, exclusivos de ellas. Membrana celular plasmtica Membrana nuclear Membrana nuclear Ncleo Nuclolo Nuclolo Retculo endoplasmtico Mitocondria Ncleo Peroxisoma Centrolo Aparato de Golgi Mitocondria Microtbulos y microfilamentos Membrana celular plasmtica Ribosomas Citoplasma Lisosoma Retculo endoplasmtico liso Retculo endoplasmtico rugoso nicamente en la clula animal Lisosoma Ribosomas CitoplasmaPeroxisoma Microtbulos y microfilamentos Aparato de Golgi Pared celular gruesa Vacuola nicamente en la clula vegetal Cloroplasto En cuanto al tamao, ste es limitado y est condicionado por la relacin entre la superficie y el volumen. La relacin entre el volumen del ncleo y el del citoplasma tambin condiciona el tamao celular. Cuando la relacin entre ambos volmenes alcanza un determinado valor mnimo, la clula deja de crecer y comienza el proceso de divisin. 25
26. 26. biologa Citologa MEMBRANA PLASMTICA La membrana plasmtica es una delgada lmina de unos 75 que envuelve total- mente la clula y la asla del exterior. Debido a que no es una estructura rgi- da, la membrana plasmtica permite movimientos y deformaciones de las clulas como las que dan lugar a los pseudpodos de las amebas. La estructura de la membrana consta de una doble capa lipdica formada por cefalinas, colesterol, lecitinas y esfingo- mielinas. Estas molculas se orientan dentro de la bicapa de forma que los radicales polares estn situados hacia el exterior y los lipfilos hacia el interior. Junto a los lpidos se encuentran protenas tanto inmersas en la membrana como externas. Las protenas intrnsecas disponen sus radicales polares fuera de la membrana y los lipfilos en contacto con los radicales lipfilos de los lpidos. Este modelo de membrana se debe a Singer y Nicholson y se conoce como modelo de mosaico fluido. La funcin principal que desempea la membrana plasmtica es la de mantener estable el medio intracelular regulando el intercambio de agua y otros elementos entre el interior y el exterior de la clula. Existen dos tipos de transporte a travs de la membrana plasmtica, uno por simple difusin a favor de gradiente de concentracin que no supone un gasto energtico y otro, llamado transporte activo, que se realiza en contra del gradiente de concentracin y supone un gasto de energa por parte de la clula. La membrana celular es una estructura laminar dotada de cierta consistencia mecnica con una cierta permeabilidad que reviste cada una de las clulas. Todas las membranas celulares estn constituidas por protenas, lpidos y glcidos en proporciones diferentes segn la funcin que desempeen. En algunos artrpodos, como es el caso de las termitas, aparecen depsitos de quitina en el exterior de las membranas celulares cuya funcin es la de conferirle resistencia. Microfotografa que muestra una unin estrecha entre las membranas plasmticas de dos clulas del msculo cardaco; estas uniones favorecen el paso de impulsos elctricos. La Membrana Celular Este tipo de membrana tambin recibe el nom- bre de glucoclix. Es una gruesa capa de natura- leza glucoproteica cuya composicin qumica est formada por mucopolisacridos, mucopro- tenas y mucoides. Su estructura presenta dos capas, una se encuentra adosada a la membrana plasmtica y es de textura amorfa y otra es exter- na con un aspecto fibroso y de espesor variable. En algunos tejidos se depositan sobre esta capa otras sustancias tales como fosfatos en algunas MEMBRANA DE SECRECIN ANIMAL clulas del esqueleto de los vertebrados, quitina en el exoesqueleto de los artrpodos, carbona- tos en los caparazones de moluscos o slice en los radiolarios. La funcin que desempea el glucoclix est relacionada con la proteccin de la clula frente a la accin de enzimas proteolticas y con la regulacin de la absorcin celular. Por otro lado, permite la unin de las clulas que forman un tejido. 26
27. 27. MEMBRANA DE SECRECIN VEGETAL Esta membrana, ms conocida como pared celular, tiene un gran contenido en celulosa que le confiere una forma estable y una cierta rigidez. La pared celular est constituida por una serie de capas de secrecin. La primera capa o lmina media presenta un aspecto gelatinoso; sobre ella se deposita una capa muy delgada llamada lmina primaria, y por ltimo se sita la lmina secundaria que est formada por varias capas de celulosa que tienen fibras con diferentes orien- taciones. La capa ms externa puede impregnarse de algunas sustancias como lignina, suberina, cutina, ci- dos grasos, taninos y algunas sustancias minerales que les confieren caractersticas especficas. La funcin que desempea la pared vegetal es la de pro- porcionar rigidez a la clula impidiendo su ruptura; asimismo, define su volumen y confiere resistencia a los tejidos vegetales en una misin claramente esqueltica. 27 biologa la Membrana Celular Doble capa lipdica Radical polar Protena Molcula de colesterol Filamentos del citoesqueleto Exterior de la clula Hidrato de carbono Glicoprotena Citoplasma Glicolpido Las clulas vegetales presentan una pared celular formada por molculas de celulosa. Estas molculas se depositan formando capas y las ms externas, de un color ms oscuro, estn impregnadas de diferentes sustancias. Estructura de la membrana celular de las eucariotas. Esta membrana consiste en una doble capa lipdica en la que se encuentran inmersas diferentes protenas.
28. 28. HIALOPLASMA El hialoplasma es el medio interno de la clula. Se trata de un medio acuoso en el que est disuelta una gran cantidad de molculas como protenas, lpi- dos, glcidos, cidos nucleicos, sales minerales y iones. En el hialoplasma aparecen estructuras filamentosas tales como microtbulos y filamentos. Los microtbulos forman parte estructural del centrolo, flagelos, cilios y el huso acromtico. Por su parte, los filamentos son estructuras proteicas; existen dos tipos de filamentos: los tonofilamentos, que estn constituidos por queratina y ayudan, junto a los desmosomas, a unir clulas del mismo tejido, y los mio- filamentos, formados por actina y miosina originando las miofibrillas de las clulas musculares. La funcin del hialoplasma es la de servir como soporte a los orgnulos celulares adems de ser el medio en el que se realizan muchos procesos meta- blicos como la gluclisis, la gluconeognesis o la fermentacin lctica. ORGNULOS CELULARES Vacuolas Las vacuolas son sacos cuya principal funcin es la de almacena- miento. Proceden de los sculos del retculo endoplasmtico liso o del aparato de Golgi, de las mitocondrias, de los plastos o de la mem- brana plasmtica. La principal funcin de las vacuolas es la de almacenar sustancias de reserva como sales minerales, azcares, protenas o pigmentos. En las clulas vegetales, las vacuolas son destacadamente ms grandes y numero- sas que en las clulas animales. Una vacuola especial es la vacuola pulstil cuya fun- cin es la de regular la presin osmtica mediante la expulsin de agua al exterior. Aparato de Golgi Se trata de un sistema formado por grupos de sculos aplanados y apilados que suelen encontrarse circundando al ncleo o al centrosoma. Cada grupo de sculos recibe el nombre de dictiosoma y suele estar formado por cinco o seis cisternas. Deriva de la pared nuclear o del retculo endoplasmtico. De los sculos ms antiguos se forman las vescu- las de secrecin. El aparato de Golgi realiza diversas funciones: transporta y concentra protenas que se forman en el retculo endoplasmtico, sintetiza mucopolisacridos, glucoprotenas y celulosa, forma membranas y lisosomas. Adems, el aparato de Golgi se encarga de dirigir el trfico de macro- molculas como enzimas, evitando una posible degradacin bioqumica de la clula. 28 biologa Citologa El citoplasma es la porcin de la clula que se encuentra entre la membrana plasmtica y la membrana nuclear. Est formado por el hialoplasma y los orgnulos celulares. El Citoplasma Imagen obtenida mediante un escner electrnico de alta resolucin en la que se observa el conjunto de membranas que forman los sculos tpicos del aparato de Golgi. Microfotografa de una vacuola, que presenta grnulos de reserva en su interior. Esquema de los sculos que forman parte del aparato de Golgi; en la parte inferior se pueden observar las vesculas que se desprenden de l y que contienen sustancias sintetizadas por la clula.
29. 29. Microfotografa de una clula animal en la que destaca el gran ncleo envuelto por una membrana bien definida y que separa a la clula en dos partes diferenciadas, el citoplasma, que contiene los orgnulos, y el ncleo. biologa el Citoplasma Retculo endoplasmtico Se trata de un conjunto de sculos aplanados y de con- ductos tubulares en comuni- cacin formados por una mem- brana unitaria. Existen dos tipos de retculo endoplasmtico, el liso y el rugoso. El retculo endoplasmtico liso realiza funciones de sn- tesis, transporte y almacenamiento de sustancias del exterior y de sntesis interna. Tambin est implicado en la secrecin de hormonas de naturaleza lipdica. El retculo endoplasmtico rugoso se encuentra aso- ciado a los ribosomas y est en contacto con la mem- brana nuclear. Realiza funciones de biosntesis y trans- porte. Debido a su asociacin con los ribosomas, est implicado en la sntesis y transporte de protenas. Ribosomas Los ribosomas son orgnulos globosos constituidos por protenas asociadas a ci- dos nucleicos procedentes del nuclolo. Estn constituidos por dos subunidades de tamao diferente. Los ribosomas pueden hallarse dispersos por el hialoplasma o fijos a la membrana del retculo endoplasmtico. Su funcin est relacionada con la sntesis de pro- tenas. Los ribosomas se asocian a una molcula de ARNm a la vez que contactan simultneamente con algunos nucle- tidos y dan lugar a una secuencia de aminocidos. Una cadena de ARNm no puede ser traducida por un solo ribosoma, por lo que los ribosomas suelen asociarse formando un polisoma o poli- rribosoma. Nuclolo Ncleo Membrana celular Citoplasma Vacuola Mitocondrias Imagen de alta resolucin del conjunto de membranas que forman el retculo endoplasmtico. Los cuerpos que aparecen en color rojo son mitocondrias. ARNm Receptor del ribosoma Polipptido Esquema de un ribosoma, que presenta forma globular, y su fijacin al retculo endoplasmtico por medio de unas protenas receptoras. 29
30. 30. biologa Citologa Lisosomas Son orgnulos globulares en cuyo interior se almacena una gran can- tidad de enzimas del tipo hidrolasas, que se forman en el retculo endoplasmtico rugoso y son transportadas hasta el aparato de Golgi donde se concentran y dan lugar a una especie de vesculas de secre- cin que son los lisosomas. Estn formados por una membrana unita- ria recubierta en la parte interna por una gruesa capa de glucoprote- nas que impiden la destruccin de la membrana por las enzimas. Su funcin est relacionada con el almacenamiento de enzi- mas, ya que sera peligroso que estuvieran sueltas en el hialoplasma. Mitocrondrias Las mitocondrias son orgnulos esfricos o con forma de bastoncillo. Se encuentran en grandes cantidades en todos los tipos de clulas; el conjunto de mitocondrias recibe el nombre de condrioma. Poseen una doble mem- brana; de la interna salen unas prolongaciones hacia el inte- rior que se denominan crestas mitocondriales. El medio inter- no de las mitocondrias recibe el nombre de matriz. La principal funcin que desarrollan las mitocondrias es la obtencin de energa. En el interior de las mitocondrias tienen lugar rutas metablicas tan importantes como el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria, la -oxidacin y la fosforila- cin oxidativa. Otra funcin es la de almacenar en su interior lpidos, prti- dos y iones. Peroxisomas Los peroxisomas son vesculas esfricas que con- tienen algunas enzimas como la catalasa. Derivan del retculo endoplasmtico liso y estn formados por una membrana unitaria. La funcin que desem- pean est relacionada con la destruccin del perxi- do de hidrgeno, formando agua. Los peroxisomas participan en el metabolismo de las grasas y en los pro- cesos de obtencin de glucosa. Las clulas vegetales tie- nen un tipo especial de peroxisomas que reciben el nom- bre de glioxisomas. Centrolos El centrolo es un orgnulo con forma cilndrica propio de las clulas animales y las algas flageladas. En algunos casos pue- den aparecer dos centrolos agrupados, en disposicin perpen- dicular, y el conjunto recibe el nombre de diplosoma. Cada cen- trolo consta de nueve grupos de tres microtbulos asociados, dispuestos en forma cilndrica. Del centrolo derivan todas las estructuras constituidas por microtbulos como los flagelos, los cilios o el huso acromtico, que es el encargado de separar los cromosomas en la divisin mittica. Microfotografa coloreada de la mitocondria. Microfotografa de los lisosomas, orgnulos encargados de almacenar en su interior diferentes enzimas. Seccin longitudinal de la mitocondria en la que se observan las crestas formadas por la membrana interna. 30 Membrana exterior Ribosomas mitocondriales Membrana interior Espacio de las crestas Espacio de la matriz
31. 31. biologa el Citoplasma Cloroplastos Los cloroplastos son orgnulos propios de las clulas vegetales fotosintticas. En reali- dad se trata de plastos caracterizados por contener clorofila, un pigmento que participa en la fotosntesis. Estn formados por una doble membrana en cuyo interior se encuentra una gran cantidad de vesculas aplanadas denomi- nadas tilacoides, que contienen pigmentos fotosin- tticos. En los vegetales superiores, los tilacoides desarrollan unos sacos planos denominados grana. El medio interno del cloroplasto recibe el nombre de estroma y est constituido por una disolucin de glcidos, lpidos, protenas, pigmentos y nucletidos. La funcin de los cloroplastos es la de captar la energa lumnica y utilizarla en la sntesis de materia orgnica. Adems de los cloroplastos, existen plastos que almacenan otras sustancias. Los amiloplas- tos almacenan almidn, los oleoplastos contienen aceites y los proteoplastos protenas. Otros plastos fotosintticamente activos son los feoplastos, que tienen clorofila y ficoxantina, y los ro- doplastos, con clorofila, carotenos y ficoeritrina. Esquema de un par de centrolos formados por estructuras microtubulares y microfotografa de una seccin de ellos en el interior de una clula. Inclusiones Son depsitos de materiales de reserva o de desecho que se encuentran en el hialoplasma. Pueden estar limitados por una membrana. Estos materiales pue- den ser gotas lipdicas o grnulos de glucgeno, estn presentes tanto en las clulas vegetales como en las animales y se encuentran dispersas en el cito- plasma. Los cristales de sales clcicas y de protenas se encuentran en el interior de las vacuolas. Tambin pueden encontrarse pigmentos como la melanina, responsable de las manchas en la piel como los lunares o las pecas. Representacin en seccin longitudinal de un cloroplasto de un vegetal superior con un grupo de tilacoides. Su aspecto real se ve en la foto inferior, en la que se observan las membranas internas. 31 Estroma Tilacoide Grana Membrana interna Membrana externa
32. 32. 32 biologa Citologa MEMBRANA NUCLEAR La membrana nuclear separa el medio interno del ncleo del hialoplasma y mantiene una cierta comunicacin con el retculo endoplasmtico. Se trata de una membrana doble hueca atravesada por un gran nmero de poros. Estos poros regulan el intercambio entre el ncleo y el hialoplasma mediante el paso de sustancias a tra- vs de la membrana y el retculo endoplasmtico. NUCLEOPLASMA El nucleoplasma es el medio inter- no del ncleo y queda delimitado por la membrana nuclear. Se trata de una disolucin que contiene protenas, nucletidos, lpidos, gl- cidos, sales minerales y iones. Su fun- cin est relacionada con la sntesis de cidos nucleicos. NUCLOLO Es un orgnulo que presenta una forma esfrica; en cada ncleo pueden existir uno o dos nuclolos. Suele tener una estructura reticulada formada por fibras y grnulos de ARN, aunque en algunas ocasiones se pueden encontrar nuclolos compactos. En el nuclolo tambin se encuentran ADN, protenas, lpidos y glcidos. La misin que se atribuye a este orgnulo es la de albergar el ARN que se ha sintetizado a partir del ADN del ncleo; posteriormente, este ARN migrar hacia el hialo- plasma donde se sintetizarn las protenas. El Ncleo El ncleo es propio de las clulas eucariotas. Est separado del hialoplasma por una membrana y en el interior de sta se encuentra el ADN. El ncleo en interfase presenta en las clulas animales una forma generalmente esfrica y en las clulas vegetales una forma discoidal. El tamao es variable aunque debe guardar una relacin entre el volumen de la clula y el nuclear; cuando esta relacin sobrepasa cierto valor, se produce la divisin celular. Microfotografa del nuclolo de una clula del pncreas. Poros Ribosomas Retculo endoplasmtico rugoso Membrana nuclear Nuclolo Cromatina Poro Membrana nuclear Seccin longitudinal del ncleo, en cuyo interior se almacena la cromatina que corresponde al material gentico. Arriba, detalle de un poro de la membrana nuclear.
33. 33. CROMATINA Se trata de una estructura reticular constituida bsicamente por ADN e histonas a las que se pueden unir otras protenas. La cromatina vara de forma segn el ncleo se halle en reposo o en divisin. En reposo, la cromatina forma una masa homognea mientras que, en un ncleo en divisin, la cromatina experimenta un notable cambio y se organiza formando las llamadas condensaciones de cromatina, que se colo- ca adosada a la membrana nuclear y al nuclolo; en algunas ocasiones pue- den encontrarse condensaciones libres en el nucleoplasma. Las principales funciones de la cromatina son la sntesis del ARN a par- tir de ADN y la conservacin y transmisin de la informacin gentica de la clula mediante la formacin de cromosomas. CROMOSOMAS Los cromosomas son estructuras que tienen forma de bastoncillo y estn formados por ADN e histonas. Los cromosomas aparecen durante la divisin celular, mitosis o meiosis, y se forman a partir de la organizacin de la cro- matina del ncleo. Si el organismo posee dos juegos de cromosomas iguales recibe el nombre de diploide, y haploide si slo tiene un juego. Los cromosomas estn formados por dos cromtidas unidas por una constriccin llamada centrmero; los brazos del cromosoma se llaman telmeros. Pueden aparecer constricciones secundarias en los brazos que dan lugar a unos segmentos cortos llamados satlites. Segn la posicin del centr- mero, se pueden distinguir cuatro tipos de cro- mosomas: Metacntricos, cuando el centrmero se sita en el centro de las cromtidas y da lugar a brazos iguales. Submetacntricos, si el centrmero est un poco desplazado del centro y da lugar a brazos ligeramente de- siguales. Acrocntricos, si el centrmero est muy desplazado y da lugar a brazos muy desiguales. Telocntricos, si el centrmero est en posicin terminal o regin del telme- ro. La funcin de los cromosomas es la de trans- mitir la informacin gentica contenida en el ADN de la clula madre a las clulas hijas. 33 biologa el Ncleo Centrmero Cromtida Solenoide Nucleosomas Hlice del ADN Protena centralTelmero Cromtida gemela Histona Las dos cromtidas gemelas se unen mediante una pequea regin llamada centrmero al que se unirn los microtbulos durante la divisin celular. Formas diferentes de los cromosomas; de izquierda a derecha, cromosoma de una rama, cromosoma acrocntrico, cromosoma metacntrico, cromosoma submetacntrico y cromosoma submetacntrico con una estrangulacin secundaria y un satlite. Centrmero Estrangulacin secundaria Satlite Modelo de los diferentes niveles de organizacin de un cromosoma metafsico.
34. 34. MERISTEMOS Son tejidos implicados en el crecimiento de la planta ya que sus clulas conservan la capacidad de dividirse y especializarse. Se encuentran en los extremos de la raz y el tallo, provocando el crecimiento en longitud de la planta, o en posicin lateral de los rganos, permitin- doles crecer en grosor. TEJIDOS ADULTOS Se caracterizan porque sus clulas han perdido la capacidad de dividirse y se han especializado. Existen cinco tipos de tejidos adultos: protectores, fundamental, de sostn, conductores y secretores. Los tejidos protectores recubren y protegen la planta. La epidermis constituye la capa ms externa del cuer- po primario de la planta y es, generalmente, una capa monoestratificada de clulas sin clo- rofila. El tejido fundamental o parnqui- ma est formado por clulas ms o menos esfricas con las paredes del- gadas. Los tejidos de sostn pueden ser de dos tipos, colnquima y esclern- quima. Ambos tejidos se caracteri- zan por presentar las membranas de sus clulas engrosadas y se diferen- cian en que el esclernquima se impregna de lignina y estas clulas mueren. Los tejidos conductores son el xilema y el floema; el primero es el encargado de transportar la savia bruta desde la raz hasta las hojas y el segundo reparte la savia elaborada por toda la planta. Los tejidos secretores se encargan de secretar dife- rentes sustancias como ltex, resina o sustancias urticantes. Fotografa al microscopio del colnquima, un tejido vegetal de sostn en el que las paredes celulares se encuentran engrosadas. biologa Histologa Un tejido es un conjunto de clulas diferenciadas pero de origen comn que actan realizando una misma funcin. Es propio de los organismos pluricelulares. En los vegetales superiores existen dos tipos principales de tejidos: los embrionarios o meristemticos y los definitivos o adultos. Tejidos Vegetales Clulas parenquimatosas que forman el tejido leoso, fundamental de los vegetales; las membranas de estas clulas son delgadas. XilemaFloema Envs Haz Estoma Vaina del vasoVaso Parnquima en empalizada Mesfilo 34 Dibujo de los principales tejidos que forman parte de la hoja de un vegetal.
35. 35. TEJIDO EPITELIAL Las clulas de este tejido, que pueden ser planas o prismticas, se encuentran estrechamente unidas sin que exista prcticamente sustancia intercelular. Recubre la parte externa del cuerpo y las cavidades interiores. Tiene funcin protectora, de intercambio o secretora. TEJIDOS CONECTIVOS Los tejidos conectivos son el conjuntivo, el cartlago, el seo y la sangre. El tejido conjuntivo es el encar- gado de unir y proteger los rganos y tejidos. El cartlago presenta una matriz de consistencia rgida y acta como soporte o revestimiento de superficies articulares. El tejido seo es el ms resistente; la matriz que une las clulas se encuen- tra calcificada. La sangre est constituida por una sustancia intercelular lquida llamada plasma y por diferentes clulas como los glbulos rojos y los gl- bulos blancos. TEJIDOS MUSCULARES Los tejidos musculares se caracterizan por la contractilidad de sus clulas. Existen tres tipos de tejido muscular. El muscular liso est formado por clulas fusiformes uninucleadas y tiene contraccin involuntaria; se encuentra recu- briendo las vsceras como el estmago, el tero, los bronquios o el intestino. El muscular estriado tiene una contraccin rpida y voluntaria; presenta clulas cilndricas y multinucleadas; forma los msculos que se insertan en el esqueleto. El muscular cardaco presenta una contraccin rpida e involuntaria; sus clulas son alargadas y ramificadas. TEJIDO NERVIOSO El tejido nervioso est especializado en la percepcin de estmulos por medio de receptores especficos, la transmisin de la informacin a los centros nerviosos y la elaboracin de las respuestas. Est constituido por dos tipos de clulas: las neuronas, encargadas de conducir los impulsos nerviosos, y las neuroglias, que acompaan a las neuronas y presentan la funcin de sostn. Detalle de los conductos de Havers por los que circulan los vasos sanguneos encargados de suministrar los nutrientes a las clulas del tejido seo. 35 biologa Tejidos Vegetales y Animales Tejidos Animales En los animales existen cuatro tipos principales de tejidos: el epitelial, los conectivos, los musculares y el nervioso. Microfotografa de las clulas que forman el tejido epitelial de la mucosa del estmago cuya funcin es la de protegerlo frente a las enzimas proteolticas. Tejido nervioso perteneciente al cerebro humano. Del cuerpo celular salen numerosas terminaciones nerviosas que conectan con otras neuronas. Detalle del tejido conectivo que une fibras musculares.
36. 36. 36 biologa Fisiologa ANABOLISMO AUTTROFO En este tipo de anabolismo, las sustancias orgnicas se fabrican a partir de molculas inorgnicas utili- zando una fuente de energa. Segn la fuente de energa utilizada, existen dos formas de anabolis- mo auttrofo: la fotosntesis y la quimiosntesis. Fotosntesis La fotosntesis es la sntesis de materia orgnica a partir de materia inorgnica mediante el aprove- chamiento de la energa luminosa. Comprende dos fases: la fase inicial o fase fotoqumica, en la que se capta la energa luminosa, y la fase biosinttica, que no requiere luz y en la que se sintetiza la materia orgnica. En la fase fotoqumica, la luz que incide es absorbi- da por la clorofila provocando la liberacin de electro- nes; simultneamente, la llegada de los fotones provoca la fotolisis o ruptura de una molcula de agua de forma que el oxgeno es liberado al medio; los protones se acumulan en el medio y se utilizan para sintetizar ATP. Los electrones pueden unirse a los que ha liberado la clorofila para formar hidrgeno, que reducir una molcula de NADP a NADPH2. Tanto el ATP formado como el NADPH2 acumulan energa que se utilizar en la fase oscura. La fase biosinttica utiliza la energa captada durante la fase anterior para construir la materia orgnica propia. Es una fase comn para las clulas fotosintticas y quimiosintticas. En esta fase es captado el CO2 atmosfrico que se incorpora a las rutas anablicas mediante el ciclo de Calvin. En dicho ciclo, una pentosa, la ribulosa-1,5 difosfato, acepta una molcula de CO2 y da lugar a dos molculas de cido 3-fosfoglicrico. A partir de estas molculas se produce la sntesis de aminocidos, glicerina, cidos grasos y glucosa; y, a partir de stos, se pueden obtener todas las mo- lculas orgnicas que la clula necesita. El anabolismo es la parte constructiva del metabolismo y engloba todas las reacciones que consumen energa. En las reacciones que se producen en el anabolismo se obtienen productos que son ms complejos que los reactivos. Si los reactivos son sustancias inorgnicas, el anabolismo es auttrofo. Si los reactivos son sustancias orgnicas, el anabolismo se denomina hetertrofo. Anabolismo Esquema simplificado del proceso de fotosntesis que tiene lugar en las hojas de las plantas superiores. Parte del proceso no necesita la luz solar y se denomina fase oscura aunque se desarrolle de da. Clorofila Luz Energa Sales minerales Glucosa O2 H2O CO2 Fase luminosa Fase oscura Ciclo de Calvin Respiracin de las clulas Almidn Ciclo de Calvin Reacciones con luz O2 Azcares Fotosistema II Cadena de transporte de electrones Fotosistema I G3P NADPH Cloroplasto Electrones ATP Celulosa Otros compuestos orgnicos Luz solar H2O NADP+ 3-PGA ADP + P CO2
37. 37. ANABOLISMO HETERTROFO En este caso, el anabolismo est destinado a la obtencin de macromolculas. En el anabo- lismo de los glcidos destacan dos fases: la gluconeognesis, en la que se obtiene glucosa, y la glucogenognesis, en la que se sintetizan grandes polme- ros de glucosa denominados glucgeno. La sntesis de los lpidos requiere por un lado la obtencin de cidos grasos y glicerina y por otro la formacin de los triacilglicridos mediante enlaces de tipo s- ter. En el caso de las prote- nas, deben obtenerse los aminocidos necesarios para sintetizar la cadena proteica. Biologa ANABOLISMO Quimiosntesis En este caso, la energa que se utiliza para la sntesis de mate- ria orgnica no proviene de la luz sino que utiliza reacciones qumicas exotrmicas produciendo energa que se almacena en los enlaces del ATP. El proceso de quimiosntesis forma NADH2 y no NADPH2, como ocurre en la fotosntesis, y utiliza protones donados por el agua. Este proceso es tpico de algunas bacterias. Las bacterias del azufre oxidan azufre o sus derivados, las del nitrgeno oxidan compuestos reducidos de nitrgeno, las del hierro oxidan compuestos ferrosos y frricos, las del hidrgeno utilizan enzimas hidrogenasas para romper molculas de hidrgeno. Las bacte- rias del metano utilizan como fuen- te de energa la oxidacin del meta- no. Una vez obtenida la energa necesaria, captan CO2 que pasar al ciclo de Calvin. Cultivo de bacterias del gnero Rhizobium, capaces de sintetizar compuestos del nitrgeno del aire en las plantas. Algunas bacterias quimiosintticas forman asociaciones simbiticas con las races de plantas superiores, en especial leguminosas. Cristales de glucosa vistos mediante luz polarizada. La glucosa es uno de los productos que se obtienen mediante los procesos anablicos. Los vegetales obtienen a partir de los glcidos el resto de las molculas orgnicas que necesitan. Las diferentes reacciones que forman parte de la fotosntesis tienen lugar dentro de los cloroplastos de las clulas vegetales. 37
38. 38. CATABOLISMO DE LOS GLCIDOS Los glcidos que ingieren los ani- males en forma de disacridos o polisacridos deben ser hidroliza- dos para que puedan ser utilizados por las clulas. Este proceso se lle- va a cabo en el aparato digestivo mediante enzimas hidrolticas. En la degradacin de la glucosa se dis- tinguen tres fases: la gluclisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. La gluclisis es la primera etapa del catabolismo de los glcidos; es un pro- ceso por el que la glucosa se degrada en dos molculas de cido pirvico. Esta fase es totalmente anaerbica y se produce en el citoplasma celular. El ciclo de Krebs est constituido por una serie de reacciones mediante las cuales se completa la degradacin total de los productos de la gluclisis. Las enzimas del ciclo de Krebs estn localizadas en la matriz mitocondrial. La cadena respiratoria es un conjunto de reacciones de oxidacin-reduccin que se producen en las mitocondrias como culminacin de los procesos respiratorios. La cadena respiratoria est forma- da por una serie de molculas, llamadas transportadores de protones y electrones, que se encuentran en las crestas mitocondriales. Estas molculas, tras reducirse y oxidarse, transfieren los protones y electrones procedentes del sustrato hasta el oxgeno molecular que se reduce, formndose agua. En este proceso se forma ATP. Acetil - CoA CoASH NADH + H+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ NAD+ NAD+ cido oxalactico cido mlico cido fumrico cido succnico cido isoctrico cido cetoglutrico Succinil - CoA cido ctrico H2 O H2O CO2 CO2 FADH2 FAD GDP ADPATP GTP CoASH H2O Ciclo de Krebs 38 biologa Fisiologa Catabolismo Conjunto de reacciones que forman parte del ciclo de Krebs, uno de los procesos incluidos en el catabolismo de los glcidos. Corriente sangunea Respiracin Pulmones Las clulas musculares transforman el azcar + O2 en energa + CO2 Respiracin celular O2 O2 CO2 CO2 La energa que utilizan los msculos proviene del catabolismo de la glucosa, el oxgeno utilizado proviene de la respiracin. Arriba, ecuacin general de la respiracin celular. Glucosa Oxgeno molecular Dixido de carbono Agua Energa El catabolismo es la parte del metabolismo que se utiliza para la obtencin de la energa necesaria para la clula. El conjunto de las reacciones que tienen lugar en el catabolismo transforman los compuestos orgnicos complejos en compuestos orgnicos simples o en compuestos inorgnicos. Este tipo de reacciones libera energa y constituye el metabolismo destructivo. Pi + GDP
39. 39. CATABOLISMO DE LOS CIDOS NUCLEICOS Los cidos nucleicos se degradan en el tubo digestivo en mononu- cletidos y stos, posteriormente, en grupos fosfatos, pentosas y bases nitrogenadas. Las pentosas siguen la va de los glcidos, los fosfatos se excretan en parte por la orina y en parte para la sntesis de ATP. Las bases nitrogena- das se degradan dando cido rico, urea o amoniaco que son excretados. Biologa CATABOLISMO CATABOLISMO DE LOS LPIDOS Las grasas tienen una gran importancia como combustible orgnico puesto que poseen un alto valor calrico. El principal mecanismo de obten- cin de energa de los lpidos lo constituye la oxi- dacin de los cidos grasos. Las hidrlisis de los lpidos se llevan a cabo por lipasas especficas que liberan los cidos grasos de glicerina. Una vez obtenidos los cidos grasos, stos sufren el proceso de -oxidacin en el citoplasma. El ace- til-CoA que se forma puede entrar en el ciclo de Krebs. Cristales de cido rico. Los insectos, los reptiles y las aves utilizan esta molcula para excretar el nitrgeno con una prdida mnima de agua. CATABOLISMO DE LAS PROTENAS La funcin principal de las protenas no es la energtica; sin embargo, los aminocidos pue- den ser utilizados para liberar energa. Las pro- tenas se hidrolizan en el tubo digestivo y los aminocidos entran en las clulas donde pueden sufrir diferentes tipos de oxidacin que determi- narn la entrada de sus derivados en el ciclo de Krebs. GLUCLISIS Fase en el citoplasma FORMACIN DEL ETANOL Fase en la mitocondria Entrada de energa Glucosa Salida de energa Ganancia neta de energa 2 cido pirvico 2 Acetil-CoA Electrones, hidrgeno del NADH 2 Etanol 39 FERMENTACIONES La fermentacin es un proceso catablico en el que tanto el dador como el aceptor final de electrones son compuestos orgnicos. Las fermentaciones son propias de los micro- organismos aunque en algunas ocasiones, como la fermentacin lctica, puede darse en los msculos de los animales. La fermentacin es un proceso anaerbico y en l no interviene la cadena respiratoria. En la industria se suele llamar fermentacin a todo proceso que se realiza en un fermen- tador, es decir, a todo proceso cuyo producto final es un compuesto orgnico. Desde el punto de vista energtico, las fer- mentaciones son poco rentables si se compa- ran con la respiracin. De una molcula de glucosa slo se obienen 2 ATP. Se trata de un proceso incompleto en el que el producto final es un compuesto orgnico. Reacciones que tienen lugar en la fermentacin alcohlica por la que una molcula de glucosa da lugar a dos de etanol.
40. 40. INGESTIN DEL ALIMENTO Endocitosis La endocitosis comprende todo un conjunto de procesos de transporte de molculas de tamao variado desde el medio externo hacia el interior de la clula. Las partculas que deben ser incorporadas al interior de la clula se fijan a la membrana; sta se invagina y las engloba. La formacin de las bolsas endocticas supone un gasto energtico que suminis- tra el ATP. La endocitosis es un proceso continuo en las clulas eucariotas. La pinocitosis es un caso particular de endocitosis. Consiste en la ingestin, por parte de la clula, de lquidos y sustancias disueltas. La clula forma una vescula pinoctica que engloba el lquido y lo vierte en el retculo endoplasmtico. En la fagocitosis, las sustancias endoci- tadas son partculas slidas y con un gran tamao relativo. El proceso de la fagocitosis est relacio- nado con el movimiento ameboide. La clula emite pseudpodos que capturan las partculas y las engloban en una vacuola alimenticia o fagosoma. 40 biologa Fisiologa Nutricin Celular En la nutricin celular intervienen diferentes procesos que incluyen la ingestin de los alimentos, la digestin y la excrecin de las sustancias no digeridas. La captura del alimento puede seguir varios caminos dependiendo del nutriente que deba incorporarse; stos son: endocitosis y citostoma. Citostoma El citostoma es una estructura presente en los ciliados y flagelados. Esta estructura est rodea- da de cilios y funciona a modo de boca. Se trata de otro mecanismo de captura e ingestin del alimento. La cavidad que forma el citostoma se contina en una cavidad tubular llamada citofa- ringe. Los cilios que rodean el citostoma origi- nan, con su movimiento, una corriente que facilita la entrada del alimento; al final de la cito- faringe se forman las vacuolas digestivas. Citostoma Gota de lquido Hoja citoplasmtica Gota capturada Partcula slida Pseudpodo Partcula capt