Tema 2. Bioelementos, sales minerales y agua

Bioelemento: Elemento químico que constituye la materia viva, nos encontramos dos tipos:

Bioelementos primarios como son CHONPS. Bioelementos secundarios entre los cuales se encuentran los oligoelementos que son elementos

que se encuentran en proporciones inferiores al 0,1 % pero que alguno de ellos es muy importante para la vida, es decir, es indispensable, pero otros variables.

Biomolécula: Una biomolécula se obtiene a partir de la materia viva mediante procesos físicos que permiten separar sustancias sin que resulten alteradas químicamente.

Simples, como las diatómicas. Complejas que hay inorgánicas (H2O, CO2, sales minerales) y orgánicas (principios inmediatos)

1.1 La molécula del agua

El agua es líquida a temperatura ambiente debido a que posee un comportamiento físico particular ya que en la molécula los dos electrones de los dos átomos de hidrógeno están desplazados hacia el átomo de oxígeno, formándose así los dipolos. Entre los dipolos se establecen puentes de hidrógeno, que es un tipo de enlace débil, formándose así polímeros de 3-9 moléculas.

1.2 Funciones del agua

Función disolvente: La molécula de agua, por solvatación, facilita la disociación de las sales minerales en forma de iones; por ello el agua es un buen disolvente de compuestos iónicos y de compuestos covalentes polares. Esto hace que sea el medio en el que se realizan casi todas las reacciones biológicas.

Función estructural: Las células que carecen de una pared de secreción rígida mantienen su volumen y su forma gracias a la presión que ejerce el agua interna. Cuando las células pierden agua se produce la plasmólisis que puede llegar a producir la muerte celular. Esto es debido a su elevada fuerza de cohesión de dicha sustancia.

Función térmica: Es debido a su elevado calor específico y a su elevado calor de vaporizaciónM por ello el agua sirve de autorreguladora.

1.3 Sales minerales disueltas.

Las sales minerales al disolverse dan lugar a iones. (Cl-, SO42- , HCO3

-, Na+,K+...) Estos iones mantienen constante el grado de salinidad y ayudan a mantener constante el PH. Las disoluciones que acidifican o neutralizan, dependiendo del medio, se denominan disoluciones tampón. La presencia de sales minerales determina la entrada y salida de agua de la célula, regulando de esta manera la presión osmótica y el volumen celular. Los iones del interior son diferentes a los del exterior, generándose así un potencial eléctrico. Cada ion ejerce funciones específicas y en algunos casos antagónicas como en el caso del K+ y el Ca2+ que dificulta la captación de moléculas de agua.

1.4 Disoluciones y membranas.

Disolución verdadera. Tamaño menor a 5nm. Homogénea (partículas disueltas no sedimentan)

Disoluciones coloidales. Tamaño 5-200nm. Las partículas tampoco sedimentan pero sí reflejan la luz incidente entre ellas.

Ósmosis. Paso de disolvente a través de una membrana semipermeable para igualar la concentración salina de ambos medios.

Medio externo hipotónico → turgencia. Hipertónico → Plasmólisis.

Tema 3. Glúcidos

Glúcidos: Biomoléculas constituidas por una o más cadenas formadas por (CH2O)n. En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo que puede ser o aldehído (-CHO) o cetónico (C=O). Clasificación de los glúcidos:

Monosacáridos. Glúcidos formados por una sola cadena.

Oligosacáridos. Formados por la unión de dos o diez monosacáridos. Disacáridos.

Polisacáridos. Formados por la unión de más de diez monosacáridos.

Además de estos existen otro tipo de moléculas formadas por la unión de un glúcido a otra molécula así como los glucolípidos o las glucoproteínas.

Carbono asimétrico. Carbono que tiene los 4 enlaces saturados por radicales diferentes.

Esteroisomería. Dos estructuras idénticas pero que difieren en la posición del radical -OH en el último carbono asimétrico.

Ribosa Fructosa Glucosa

Glucosa: Monosacárido del grupo de las aldohexosas que aporta la mayor parte de la energía que necesitan las células por su capacidad de atravesar la membrana plasmática sin necesidad de ser transformada en moléculas más pequeñas. Algunas células como las neuronas o los glóbulos rojos dependen únicamente de ella como fuente de energía. Polimerizada da lugar a polisacáridos con función de reserva energética como el almidón en los vegetales o el glucógeno en los animales; también posee función estructural en la celulosa de las plantas. También se le llama dextrosa.

Fructosa: Cetohexosa también denominada levulosa. Se encuentra libre en la fruta y, asociada a la glucosa, forma la sacarosa. En el hígado se transforma en glucosa; como esta transformación ralentiza la subida de glucosa en sangre, se suele utilizar para sustituir a la sacarosa en los alimentos para diabéticos.

Galactosa: Se puede encontrar en la orina de los animales. Junto con la D-glucosa forma la lactosa y además es un elemento constitutivo de muchos polisacáridos.

Enlace O glucosídico

Tiene lugar entre el grupo hidroxilo del primer monosacárido y cualquier otro del segundo. Quedan enlazados por un átomo de O y se desprende una molécula de agua. Hay dos tipos:

Enlace monocarbonilo. Cuando se establece entre el carbono carbonilo del primero y uno no carbonilo del segundo. Reductora porque posee un carbonilo libre. Maltosa, celobiosa y lactosa.

Enlace dicarbonilo. Se establece entre dos carbonos carbonilos como en el caso de la sacarosa, y debido a la ausencia de ningún carbono carbonilo libre no posee capacidad reductora.

Se denomina alfa o beta dependiendo del carbono carbonilo. Alfa cuando está en plano trans y beta en plano cis (mismo plano que el carbono seis).

Disacáridos

Maltosa. Unión de dos glucosas α (1 → 4). Se encuentra libre en el grano de la cebada. Celobiosa. 2 glucopiranosas β(1 → 4). Hidrólisis de la celulosa. Lactosa. Glucosa+ galactosa β(1 → 4). Libre en la leche de los mamíferos. Sacarosa. Glucosa + fructosa α(1 → 2). Libre en la caña de azúcar y la remolacha.

Polisacáridos

Heteropolisacárido. Polímeros formados por más de un tipo de monosacáridos. Agar o la pectina. Homopolisacárido. Polímeros de un sólo tipo de monosacáridos. Almidón, glucógeno y celulosa. Almidón. Reserva de los vegetales. Formado por dos tipos de polímeros:

- Amilosa. Maltosas unidas α(1 → 4).- Amilopectinas. Polímero de maltosas α(1 → 4), con ramificaciones α(1 → 6).

Glucógeno. Reserva de los animales. Polímero de maltosas α(1 → 4) con muchas ramificaciones α (1 → 6) aproximadamente una ramificación cada seis a diez glucosas.

Celulosa. Función de sostén propio de los vegetales, constituye el elemento más importante de la pared celular. Cada pareja de glucosas unidas β(1 --> 4) forman una celobiosa. No tenemos enzimas degradantes del enlace β, así que no sirve de alimento.

Funciones de los glúcidos

Energética. Es el monosacárido más abundante en el medio interno ya que puede atravesar la membrana celular sin necesidad de hacerse más pequeña. El almidón en los vegetales y el glucógeno en los animales.

Estructural. El enlace b-glucosídico da estabilidad estructural debido a que la mayoría de los organismos carecen de enzimas para romperlo. La celulosa en los vegetales o la ribosa en los ácidos nucleicos.

Especificidad de la membrana plasmática. Las glucoproteínas y los glucolípidos de la membrana plasmática contribuyen a la selección de determinadas sustancias que pueden entrar en la célula.

Otras funciones específicas. Los glúcidos unidos a otras fracciones no glucídicas pueden realizar otras funciones como la de antibiótico, vitamina, inmunológica, hormonal, anticoagulante y enzimática.

Tema 4. Lípidos

Los lípidos constituyen un grupo muy heterogéneo de sustancias químicas. Están compuestos por C, H, y la mayoría O en proporciones muy bajas. Algunos contienen también N,P,S.

Los lípidos constituyen un grupo de biomoléculas orgánicas que cumplen dos características distintivas: Insolubles en agua y disolventes polares. Solubles en disolventes orgánicos, es decir, apolares como el éter o el benceno.

Los lípidos según su estructura se dividen en tres grupos:

Ácidos grasos. Largas cadenas carbonatadas, nº par de carbonos. Lípidos con ácidos grasos o saponificables. Acilglicéridos, fosfolípidos y glucolípidos. Lípidos insaponificables o sin ácidos grasos. Esteroides.

4.1 Los ácidos grasos

Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo alifático (lineal) con nº par de átomos de C, el último de los cuales constituye un grupo carboxilo denominado grupo ácido. Se pueden clasificar en dos grupos:

Ácidos grasos saturados. Son los que solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Ej: Ác. Palmítico.

Ácidos grasos insaturados. Son los que tienen uno o más dobles enlaces en su cadena dando lugar a codos que acortan la cadena. Ej: ácido oleico. Monoinsaturados y polinsaturados.

Carácter anfipático de los ácidos grasos: Los ácidos grasos presentan un doble comportamiento, tienen una zona hidrófila y otra hidrófoba.- Zona hidrófila. Grupo -COOH hidrolizado y gracias a su carga eléctrica establece atracciones con las

moléculas de agua y otras polares.- Zona hidrófoba. Corresponde a la cadena hidrocarbonada que presenta repulsión respecto al agua y

que es capaz de establecer enlaces de Van der Waals con moléculas lipídicas.

4.2 Esterificación y saponificación

Esterificación: Es el proceso de formación de un éster y agua mediante un enlace éster al reaccionar un ácido graso con un alcohol.Saponificación: Es la reacción de un ácido graso con una base fuerte formando jabón más agua. Los ácidos grasos son insolubles, pero los jabones sí son dispersables.

4.3 Acilglicéridos

Son los esteres formados por la esterificación de glicerina con 1, 2, o 3 moléculas de ácidos grasos.Tienen función de reserva energética en el organismo. Son moléculas insolubles en agua, saponificables. Los triacilglicéridos carecen de polaridad, por lo que se denominan grasas neutras.Según el tipo de ácido graso puede ser: Aceites. Presentan ac. Grasos insaturados y a temperatura ambiente son líquidos. Sebos. Presentan ácidos grasos saturados y a temperatura ambiente son sólidos. Mantequillas. Tienen ácidos grasos de cadena corta. Como estos tienen punto de fusión bajo, son

semisólidos a temperatura ambiente.

4.4 Lípidos de membrana

Son ésteres formados por un alcohol, ácidos grasos y otro tipo de moléculas. Son las principales moléculas constitutivas de la bicapa lipídica de la membrana plasmática y tienen carácter anfipático.

Fosfoglicéridos. Dos ácidos grasos, una glicerina, un ácido fosfórico y un aminoalcohol. El ácido fosfórico y el grupo amino se ionizan y constituyen el grupo polar de la molécula. Cefalina o lecitina.

Glucolípidos. Constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos.

Ambos se encuentran en la parte externa de la membrana celular que constituyen.

4.5 Esteroides

Son ácidos grasos insaponificables derivados del esterano. Se diferencian 2 tipos de esteroides:

Esteroles.

- Colesterol. Forma parte de las membranas celulares a las cuales les confiere estabilidad al fijarse entre los fosfolípidos y los fija. Es muy importante en el organismo.

- Ácidos biliares. Grupo de moléculas producidas en el hígado a partir del colesterol. De ellas derivan las sales biliares, que se encargan de la emulsión de las grasas en el intestino.

- Grupo de las vitaminas D. Cada vitamina D proviene de un esterol diferente. La síntesis de vitaminas es inducida en la piel por los rayos ultravioletas y su falta produce el raquitismo.

Hormonas esteroideas. Sustancias cuyo fin es afectar al funcionamiento de otras células, hay dos tipos: suprarrenales (cortisol) y las sexuales (progesterona y testosterona).

Funciones de los lípidos

Reserva energética. Principal fuente de reserva del organismo, ocupa menos espacio que los glúcidos.

Estructural. Forman la bicapa lipídica de la membrana plasmática y de los orgánulos celulares.

Protectora. Recubren estructuras y las protegen frente a golpes.

Biocatalizadora. No son biocatalizadores pero algunos intervienen en su síntesis o actúan conjuntamente a ellos.

Transportadora. El transporte desde el intestino hasta el tejido adiposo se hace mediante emulsión a través de asociaciones proteicas específicas que permiten su transporte.

Tema 5. Las proteínas.Los aminoácidos

Los aminoácidos son compuestos orgánicos de baja masa molecular que se caracterizan por poseer un grupo carboxilo y otro amino. Los animales no son capaces de sintetizar todos los tipos de aminoácidos. Aquellos que no pueden sintetizar, aminoácidos esenciales, deben ser ingeridos.

Los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones distintas, tienen configuración L si está situado el –COOH arriba y el –NH2 queda a la izquierda, mientras que la poseen D si el –NH2 está a la derecha.

Los aminoácidos tienen comportamiento anfótero, es decir, en disolución acuosa se comportan a la vez como ácidos y como bases. Debido a esto los aminoácidos mantienen constante el PH del medio, lo que se denomina efecto amortiguador.

Enlace peptídico

La unión entre aminoácidos se realiza mediante un enlace químico llamado enlace peptídico, y da lugar a cadenas que reciben el nombre de péptidos. Se une un OH del –COOH con un H del –NH 2, desprendiendo una molécula de de H2O y quedando unidos el C—N. Un polipéptido de 50 aminoácidos o más da lugar a una proteína.

Estructura de las proteínas

Estructura primaria

Corresponde a la secuencia de aa; presentando un extremo libre inicial (-NH2) y otro final (-COOH). La función de una proteína depende de la secuencia de aminoácidos de ésta y de la forma que adopte.

Estructura secundaria

La estructura secundaria es la disposición de la cadena de aminoácidos en el espacio.

Gracias a la capacidad de giro de los enlaces no peptídicos, a medida que los aminoácidos se van uniendo durante la síntesis proteica, la cadena adopta una disposición espacial estable que corresponde con la estructura secundaria. Se conocen 3 tipos de estructura secundarias: α-hélice, hélice de colágeno y conformación β.

Estructura α-hélice

Se forma al enrollarse la primaria helicoidalmente sobre sí misma con un giro dextrógiro. Esto se debe a la formación espontánea de enlaces de hidrógeno entre el –CO- de un aminoácido y el H del –NH- del cuarto aminoácido siguiente. La formación espontánea de enlaces de hidrógeno hace que todos los oxígenos de los grupos –CO- queden orientados en el mismo sentido, mientras que los grupos –NH- quedan en sentido contrario. Se forma así una hélice de 3,6 aminoácidos por vuelta; por ejemplo la α-queratina.

Conformación β

En la conformación β la cadena de aminoácidos no forma una hélice, sino una cadena distendida en forma de zigzag debido a la ausencia de enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos próximos. Si la cadena se repliega, se pueden establecer puentes de hidrógenos entre segmentos que debido al plegamiento quedan próximos. Esta disposición puede dar lugar a una lámina en zigzag muy estable, denominada β-lámina plegada.

Estructura terciaria de las proteínas

Es la disposición de la segunda en el espacio cuando se pliega sobre sí misma y origina una conformación globular donde los radicales apolares se sitúan en el interior y los polares en el exterior, hecho que posibilita su solubilidad en agua y en disoluciones salinas. Las conformaciones globulares se mantienen estables debido a los enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Los enlaces pueden ser de varios tipos: enlaces disulfuro, enlace de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas o iónicas.

Conformación interna y dominios estructurales

Los tramos rectos de las proteínas con estructura terciaria presentan estructuras secundarias del tipo alfa hélice o de conformación β, mientras que las de giros no tienen estructura secundaria.

En algunos casos hay combinaciones de ambas estructuras repetidas en una misma proteína dando lugar así a dominios estructurales. Los diferentes dominios se unen entre sí por zonas estrechas, lo que posibilita un cierto movimiento relativo.

Las proteínas que no llegan a formar estructuras terciarias se denominan proteínas filamentosas, porque mantienen una estructura secundaria alargada. Son insolubles en agua y en disoluciones salinas. Las más conocidas son el colágeno de los huesos y la queratina.

Estructura cuaternaria

La estructura cuaternaria es la que presentan las proteínas constituidas por dos o más cadenas polipeptídicas con estructura terciaria unidas entre sí por enlaces débiles y, en ocasiones, por enlace disulfuro. Cada una de estas cadenas se le denomina protómero. (Dímeros, trímeros…).

Propiedades de las proteínas

Solubilidad. La solubilidad se debe a la elevada proporción de radicales polares.

Desnaturalización. Es la pérdida de la estructura terciaria y cuaternaria, y en ocasiones, la secundaria, debido a la rotura de los enlaces que las mantienen. Esta ruptura puede ser producida por cambios de pH, variaciones de temperatura, agitación molecular… Cuando una proteína se desnaturaliza adopta una conformación filamentosa y precipita. Las proteínas desnaturalizadas no pueden realizar funciones de tipo enzimático, transportador u hormonal. Como la desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos, si se vuelve a CN, algunas proteínas se renaturalizan.

Especificidad. Las proteínas que interactúan con otras moléculas presentan una estructura tridimensional específica y unos aminoácidos en determinados lugares que les permiten diferenciar unas moléculas con otras parecidas. Ejemplo: Las proteínas enzimáticas que actúan como reguladoras de reacciones químicas, las hormonas peptídicas (insulina, anticuerpos). En las enzimas el conjunto de aminoácidos que reconoce y contacta con las moléculas se denomina centro activo. Las proteínas homólogas que realizan la misma función en especies diferentes, presentan una estructura muy similar pero no siempre idéntica. Esto se debe a que solo difieren en aa. que pueden ser sustituidos por otros y no alteran la funcionalidad.

Las funciones de las proteínas

Estructural. Forman parte de la membrana plasmática, constituyen los cilios y los flagelos y sirven de soporte para el ADN.

Reserva. Ovoalbúmina de la clara del huevo por ejemplo. Transporte. Además de las permeasas que regulan el paso de moléculas a través de la membrana

celular, existen proteínas que transportan a nivel pluricelular, como los pigmentos respiratorios. Enzimática. Las enzimas son las proteínas que tienen acción biocatalizadora, es decir, regulan las

reacciones bioquímicas. Se conocen aproximadamente tres mil enzimas y todas ellas con elevado grado de especialización. Maltasa.

Contráctil. Gracias a esta función de contracción se posibilita la movilidad. Actina y miosina. Hormonal. Las hormonas son proteínas transportadas por el medio interno del organismo que

llegan a determinadas células a las que estimulan para iniciar ciertas reacciones. La insulina. Defensa. Inmunoglobulinas que constituyen los anticuerpos. Los anticuerpos son moléculas que se

asocian a las sustancias extrañas que penetran en el organismo, los antígenos, y los neutralizan. También tienen función defensiva muchos antibióticos segregados por bacterias y hongos que impiden la reproducción o provocan la muerte de otros organismos.

Homeostática. Consiste en mantener constante los valores de determinadas variables del medio interno, como son la salinidad, la acidez o la concentración de glucosa.

Tema 6. Las enzimas.

Las enzimas son biocatalizadores, es decir, los catalizadores de las reacciones biológicas. Al rebajar la energía de activación, aumentan la velocidad de la reacción y la aceleran. Son todas, excepto la ribozima,

proteínas globulares. Son solubles en agua por lo que pueden actuar a nivel intracelular. La región de la enzima que se une al sustrato recibe el nombre de centro activo y presenta las siguientes características:

Constituye una parte muy pequeña del volumen total.

Tiene una estructura tridimensional.

Están formados por aminoácidos que debido a los repliegues de la cadena quedan próximos, se dividen en dos grupos:

- De fijación, que establecen enlaces débiles con el sustrato y se fijan a él.- Catalizadores, que establecen enlaces con el sustrato y provocan la ruptura de alguno de sus

enlaces, por lo tanto son, los responsables de su transformación.- Radicales de algunos aminoácidos presentan afinidad química por el sustrato, estableciéndose de

esta manera enlaces débiles entre ellos.

Las enzimas como buenos catalizadores, cumplen dos características de ellos, no se consumen en la reacción pero sí que la aceleran.

Las enzimas no son activas hasta que no actúan sobre ellas otras enzimas, los zimógenos; se pueden clasificar en dos tipos:

Enzimas estrictamente proteicas. Únicamente cadenas polipeptídicas. Holoenzimas. Fracción polipeptídica (apoenzima) y una fracción no proteica (cofactor) que puede

ser de dos tipos:

- Cofactor inorgánico. Iones metálicos.- Cofactor orgánico o coenzimas. Como las vitaminas, ATP, NAD+

Cuando los cofactores se encuentran fuertemente unidos, se denominan grupos prostéticos.

Mecanismo de la acción enzimática

La sustancia sobre la que actúa la enzima se denomina sustrato, quien gracias a enlaces débiles, se une con la enzima y forma el complejo enzima-sustrato.

Después, se forma el complejo activado, que para alcanzar este estado se requiere mucha menos energía que para llegar al estado de transición solo; al acabar la transición se convierte en complejo enzima-producto, finalmente el producto se desprende.

Según el número de sustratos que se unan a la enzima, ésta actúa de distinta manera:

Un solo sustrato. Fija el sustrato por adsorción, al final se libera el producto y queda intacta. Con dos sustratos. Atrae a las dos moléculas reaccionantes hacia su superficie de forma que aumenta

la posibilidad de encuentro de ellas; en consecuencia, la reacción se produce más rápidamente. Al finalizar, la enzima se libera rápidamente de ellos para volver a actuar.

Tema 7. Los ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas de carácter ácido que se encontraron en el interior del núcleo de las células eucariotas.

Están compuestos por:- Una molécula de H3PO4.- Una pentosa. Puede ser ribosa (ARN) y 2-desoxirribosa (ADN)- Una base nitrogenada que según su estructura puede ser:

- Púricas. Adenina y Guanina.-Piriminídicas. Citosina, Timina (ADN) y Uracilo (propio del ARN)

La unión de una base nitrogenada con el azúcar mediante un enlace N-glucosídico da lugar al nucleósido, que éste, mediante un enlace éster fosfórico, se une a un ac. Fosfórico y da lugar al nucleótido.Las cadenas de ácidos nucleicos presentan dos extremos: el 5’, y un 3’ al final. Entre el radical –OH del carbono 3’ del último nucleótido y el radical fosfato del 5’ se forma un enlace fosfodiester, desprendiendo dos moléculas de agua.

El ADN

El ADN está constituido por dos cadenas de nucleótidos enrolladas formando una doble hélice, posee una masa molecular muy elevada.Según el modelo celular, el ADN se puede encontrar en distintos lugares celulares así como:- ADN de células eucariotas. En el núcleo y en las mitocondrias y cloroplastos.- ADN de células procariotas. Asociado a proteínas parecidas a las histonas, y formando el nucleoide, que a diferencia del núcleo carece de membrana.

Estructura primaria del ADN

Es la sucesión de nucleótidos de una solo cadena que puede presentarse como un simple filamento extendido o bien ligeramente doblado sobre sí mismo. El nº de hebras que se pueden combinar es muy elevado, y debido a estas innumerables combinaciones aparece la información genética.

Estructura secundaria del ADN

La estructura secundaria del ADN corresponde a la disposición en el espacio de dos hebras que forman una doble hélice a través de puentes de hidrógeno entre las bases.

Modelo de la doble hélice de Watson y Crick

El ADN es una doble hélice de 20 A de diámetro formada por dos cadenas de polinucleótidos. Los grupos hidrófobos de las bases se disponen hacia el interior estableciéndose interacciones hidrofóbicas que proporcionan estabilidad a la molécula. Las pentosas y los grupos fosfato quedan en el exterior y la ionización de estos últimos proporciona el carácter ácido de esta macromolécula.

Las cadenas de ADN que forman la doble hélice son:- Antiparalelas. Enlaces 5’3’ orientados en sentidos contrarios.- Complementarias. Las dos cadenas no son iguales sino que la secuencia es diferente pero complementaria.- El enrollamiento es dextrógiro y plectonímico, es decir, que para que se separen las dos cadenas una debe girar con respecto a la otra.

La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable, pero si una dispersión de fibras de ADN es calienta hasta 100ºC, las dos hebras de la doble hélice se desnaturalizan. Si se enfría por debajo de los 65ºC se produce la renaturalización.

Niveles de empaquetamientoPrimer nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 100 A. También denominado collar de perlas que está constituido por la fibra de ADN de 20 A asociado a histonas. Este collar de perlas se encuentra en el núcleo durante la interfase del ciclo celular de todas las células eucariotas, menos los espermatozoides.

Estructuralmente, esta fibra de cromatina está constituida por una sucesión de partículas de 100 A de diámetro denominadas nucleosomas. Cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas. El ADN que hay entre un octámero y el siguiente se denomina ADN espaciador. La fibra de cromatina de 100 A también recibe el nombre de filamento nucleosómico. El cromosoma presenta el grado de máximo empaquetamiento de la fibra de cromatina.

ARN

El ARN está formado por una molécula de ác. Fosfórico, una ribosa, y A, U, C y G.El ARN es casi siempre monocatenario, exceptuando algunos casos donde es bicatenario.Existen varios tipos de ARN diferentes, con la misma configuración química, pero que presentan distinta estructura y función.

ARN mensajero

El ARNm es monocatenario y lineal. Copia la información contenida en el ADN y la lleva hasta los ribosomas, para que se sinteticen las proteínas a partir de los aminoácidos que aportan los ARNt. El ARNm tiene una estructura diferente según el tipo de célula:

ARN eucariótico. Presenta algunas zonas con doble hélice y zonas monocatenarias que dan lugar a los lazos de herradura. Es monocistrónico ya que lleva información para que se sintetice una proteína; contiene intrones, que son fragmentos sin información que son suprimidos gracias a la intervención del ARNpn, en su maduración.

ARN procariótico. No adopta la estructura del ARN eucariótico ni presenta intrones y este puede ser policistrónico, es decir, puede contener información para dos o más cadenas polipeptídicas.

ARN transferencia

El ARNt se encuentra en el citoplasma en forma de molécula dispersa. Transporta aminoácidos determinados hasta los ribosomas, donde, según la secuencia especificada en un ARNm, se sintetizan las proteínas. Este posee un anticodón, que es el que posee la codificación del aminoácido, el cual es complementario al codón del ARNm.

ARN ribosómico

El ARNr constituye los ribosomas y representa el 60% de la masa de estos orgánulos. Unidos a las proteínas ribosómicas originan lugares adecuados para la unión con el ARNm y de estos con los ARNt, que son los portadores de los aa que forman las proteínas.

El ARN nucleolar

Es el encargado de formar las dos subunidades ribosómicas encontrándose en el nucléolo.

El ARN pequeño nucleolar

Es de tamaño muy pequeño y se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. Está formado por las ribonucleoproteínas nucleares que actúan eliminando los intrones en el proceso de maduración del ARNm .

El ARN de interferencia.

Es utilizado por determinadas enzimas para reconocer ARN mensajeros concretos. Después los degrada, impidiendo que estos ARNm originen proteínas. Se considera que el ARN de interferencia constituye un mecanismo de autocontrol de la célula.

Tema 8. La célula.

Morfología celular. Células procariotas y células eucariotas.

Estructura de la célula procariota

Las células procariotas tienen nucleoide a diferencia del núcleo, es carente de membrana:

Pared bacteriana. Estructura gruesa y rígida. Membrana plasmática. A diferencia de las eucariotas no tiene colesterol. Citoplasma. Carecen de orgánulos delimitados por membranas, solo tienen ribosomas y estructuras

delimitadas por proteínas como los clorosomas que contienen pigmentos fotosintéticos. Material genético. Condensado en una región denominada nucleoide. Puede presentar pequeños

ADN accesorios denominados plasmidios.

Estructura de la célula eucariota.

En el interior de la célula eucariota nos encontramos 4 tipos diferentes de estructuras:

Estructura carentes de membrana. Son los ribosomas, los centrosomas y el citoesqueleto.

Sistema endomembranoso. Conjunto formado por las estructuras membranosas y las vesículas aisladas derivadas de ellas. Las principales son: retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas.

Orgánulos traductores de energía. Son las mitocondrias y los cloroplastos. Están envueltos por una doble membrana.

Núcleo. Consta de nucleoplasma y de una doble cubierta membranosa, llamada envoltura nuclear, que presenta abundantes poros. Disperso en el nucleoplasma se encuentra el material genético en forma de cromatina y, en medio de ella dos o tres corpúsculos sin membrana, los nucléolos.

Algunas células eucariotas pueden tener una membrana de secreción en el exterior de la membrana plasmática. La célula animal no la suele tener, pero si la posee se denomina matriz extracelular. (dibujo 117)

La pared celular es una cubierta gruesa y rígida que rodea las células vegetales, las de hongos y las de bacterias. Está formada por celulosa y una matriz en la cual hay agua, sales minerales, pectina y hemicelulosa. La propia célula secreta la celulosa, la cual se dispone en capas:

Lámina media. Primera capa que se sintetiza.

Pared primaria. Segunda capa que se genera, es delgada, flexible y elástica.

Pared secundaria. Tercera y última capa. Es una cubierta que perdura tras la muerte celular, con lo cual es el tejido de sostén de muchas plantas.

La membrana plasmática

La membrana plasmática es una fina película que rodea la célula y la separa del medio externo; está formada por una doble capa lipídica a la cual se le asocian moléculas proteicas, que se sitúan en ambas caras. La membrana está compuesta por moléculas anfipáticas que están en un medio polar, el agua, por lo que disponen sus radicales polares hacia el medio acuoso y los lipófilos hacia los lipófilos de la otra capa. La membrana plasmática está formada por los siguientes compuestos:

Fosfolípidos y glucolípidos. Con tendencia a girar sobre sí mismos y desplazarse lateralmente por la monocapa, originando así una fluidez de membrana que le permite adaptarse a las condiciones del medio.

Colesterol. Se dispone en los espacios disminuyendo así la fluidez excesiva y estabilizando la bicapa.

Proteínas. Pueden ser intrínsecas (englobadas en la bicapa), si atraviesan la bicapa se denominan proteínas transmembranosas; y extrínsecas que están adosadas a la membrana y son solubles.

Propiedades de la membrana plasmática

Estructura dinámica. Las moléculas se pueden desplazar lateralmente, lo que permite que la membrana pueda autorepararse, o fusionarse con otra membrana; gracias a ello se darán los procesos de endocitosis y exocitosis.

Estructura asimétrica. El glucocálix sólo se encuentra en la cara externa de la membrana de las células animales. Estos oligosacáridos realizan la función de reconocimiento de moléculas externas, es decir, son receptores de membrana; un claro ejemplo es el del óvulo con el espermatozoide.

Funciones de la membrana plasmática

Las funciones que se deben a la bicapa lipídica son:

Mantener separados el medio acuoso. La bicapa es una barrera impermeable para las sustancias polares y permeables para las apolares.

Realizar los procesos de endocitosis y exocitosis, gracias al acoplamiento de membranas.

Las funciones que dependen de las proteínas de la membrana son:

Regular la entrada y salida de moléculas en la célula. Regular la entrada y la salida de iones. Posibilitar el reconocimiento celular. Realizar actividad enzimática. Intervenir en la transducción de señales. Constituir puntos de anclaje para el citoesqueleto y la matriz extracelular.

El transporte a través de la membrana

El paso a través de la membrana se puede realizar de dos formas: por transporte pasivo, sin gasto energético, o por transporte activo, con gasto de energía.

Transporte pasivo

El transporte pasivo es un proceso espontáneo de difusión de sustancias a través de la membrana, se produce a favor del gradiente, desde el medio más concentrado al menos. Hay tres tipos de gradientes, el de concentración química, el eléctrico, y el electroquímico siempre y cuando haya diferencia en las concentraciones. Se puede realizar de dos formas distintas, en función del tipo de difusión:

Difusión simple. Es el paso de moléculas pequeñas a favor del gradiente. Es más rápido cuanto más pequeñas sean las moléculas y mayor la diferencia.

- A través de la bicapa. Entran moléculas lipídicas como las esteroideas.

- Por canales. Por proteínas transmembranosas que entran iones. La apertura del canal se puede regular por voltaje, si se producen variaciones en el potencial eléctrico, o por ligando, cuando determinadas sustancias se unen a un receptor de la proteína canal, quien sufre una transformación estructural e induce la apertura del mismo.

Difusión facilitada. Se lleva a cabo gracias a la intervención de proteínas transmembranosas específicas para cada sustrato, que lo arrastran hacia el interior o hacia el exterior de la célula según sea el gradiente. Son las denominadas proteínas transportadoras o permeasas.

Transporte activo

Necesita energía que es aportada por moléculas de ATP y que permite transportar sustancias en contra de un gradiente. Son, por ejemplo, la bomba sodio potasio o la bomba de protones.

La bomba sodio potasio es una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior celular. Puede actuar en contra del gradiente, pues de cada molécula de ATP se obtiene la

energía necesaria para bombear 3 Na+ hacia fuera y 2 K+ hacia dentro formándose así un potencial de membrana, pues el interior siempre queda cargado positivamente. Se puede utilizar para regular la entrada y salida de diferente sustancias por cotransporte y, en las neuronas, para transmitir información a las células.

Endocitosis y exocitosis

Las partículas de gran tamaño entran a la célula gracias a la endocitosis y salen gracias a la exocitosis.

Endocitosis. Es la entrada de macromoléculas y pequeños cuerpos externos; se inicia por medio de un control de la membrana que induce la formación de un sistema reticular de clatrina, una proteína filamentosa, que induce el surgimiento de un relieve membranoso revestido de ella, para formar la vesícula. Posteriormente, la clatrina abandona la vesícula y regresa a la membrana plasmática.

Exocitosis. Mecanismo de expulsión de macromoléculas y pequeños cuerpos gracias a la fusión de las membranas de la vacuola y la plasmática. Mediante exocitosis, la célula expulsa al exterior los desechos del metabolismo.

El citoplasma

El citoplasma es la parte de la célula comprendida entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Está constituido por el citosol, el citoesqueleto, los orgánulos celulares y las inclusiones citoplasmáticas.

El citosol es el medio líquido interno del citoplasma delimitado por el sistema membranoso celular. Es un medio acuoso en el cual hay disueltas gran cantidad de moléculas coloidalmente. Estas moléculas son prótidos, lípidos, glúcidos, productos del metabolismo, ácidos nucleicos, sales minerales o nucleótidos como el ATP.

Los orgánulos celulares

1. Retículo endoplasmático

Está compuesto por una red de cisternas, vesículas y túbulos que se extienden por todo el citoplasma y comunica con la membrana nuclear externa. Entre sus principales funciones destaca la síntesis de proteínas, de lípidos, así como su posterior adición a glúcidos. También puede realizar la desintoxicación de sustancias tóxicas.

1.1. Retículo endoplasmático liso

Es una red de túbulos unidos al retículo endoplasmático rugoso que se expande por todo el citoplasma. Su membrana contiene gran cantidad de enzimas que realizan la función de síntesis de lípidos. Este retículo es muy escaso en la mayoría de las células, aunque está muy desarrollado en las células musculares estriadas y en las células intersticiales de ovarios y testículos. Entre sus principales funciones podemos destacar la síntesis de la mayoría de lípidos que forman la membrana -salvo de los ácidos grasos que se sintetizan en el citosol-, funciona como almacén, transportador de lípidos y participa en procesos de desintoxicación.

1.2. Retículo endoplasmático rugoso

Presenta ribosomas en su cara externa, llamada cara citoplasmática. Está formado por cisternas comunicadas entre sí y además presenta vesículas de transporte. Se comunica con el REL y con la parte externa de la membrana nuclear. Sus membranas con algo más delgadas que las plasmáticas (de 50 a 60 Å) y presenta riboforinas en su cara externa, lo que le permite la unión con ribosomas.

Participa en la síntesis de proteínas y fosfolípidos que forman la membrana.

2. El aparato de Golgi

Está formado por una o varias agrupaciones en paralelo de sacos discoidales acompañados de vesículas de secreción. Cada agrupación, recibe el nombre de dictiosoma y comprende de 4-8 cisternas. Éste está polarizado por lo que presenta dos caras:

La cara cis o de formación. Próxima al RER, convexa y constituida por pequeñas cisternas de membrana fina.

La cara trans o de maduración. Orientada hacia la membrana plasmática, cóncava y constituida por cisternas muy grandes.

Las principales funciones del aparato de Golgi son tales como la maduración, gracias a que contiene gran cantidad de proteínas de tipo enzimático; acumulación y secreción de proteínas, glucosilación de lípidos y proteínas quienes dan lugar a glucolípidos y a glucoproteínas de membrana, tiene función transportadora pues es el orgánulo principal de transporte de sustancias en el interior celular, porque sus membranas permiten transportar un gran número de moléculas procedentes del retículo endoplasmático, y por último también se produce aquí la síntesis de polisacáridos.

3. Vacuolas

Son vesículas constituidas por una membrana y un interior predominantemente acuoso. Se forman a partir del retículo endoplasmático, del aparato de Golgi o de invaginaciones de la membrana plasmática. En las células animales, las vacuolas suelen ser pequeñas y generalmente se denominan vesículas, por el contrario en las células vegetales son grandes y hay una o dos, su membrana recibe el nombre de tonoplasto.

En las células vegetales las vacuolas tienen 3 funciones principales: el acumular agua alcanzando así la turgencia celular, almacenar reservas energéticas elaboradas por la propia célula, almacenar productos de desecho, transportar sustancias entre orgánulos del sistema endomembranoso y entre estos y el medio externo, también sirve de almacén para diferentes sustancias.

4. Ribosomas

Los ribosomas son unas estructuras globulares, carentes de membrana, que están constituidas por varios tipos de proteínas asociadas a ARNr procedentes del nucléolo. Se pueden encontrar dispersos en el citosol o adheridos a la membrana del RER, gracias a las riboforinas que posibilitan su anclaje. En las células eucariotas, son corpúsculos esféricos de unos 200A de diámetro que están constituidos por dos subunidades:

Subunidad pequeña, que sedimenta a valores de 40 S. Subunidad grande cuya velocidad de sedimentación es de 65 S.

En el citoplasma se encuentran las dos subunidades separadas y únicamente se unen para sintetizar proteínas. Los ribosomas son los responsables de la biosíntesis de las proteínas; inicialmente, el ARNm se une a la subunidad pequeña, y posteriormente a la subunidad grande, y así se inicia la traducción del mensaje del ARNm. Una vez acabada la síntesis de la proteína, las subunidades se separan. Las moléculas de ARNm son leídas por una serie de 5 a 40 ribosomas que reciben el nombre de polirribosomas.

5. Lisosomas

Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi en cuyo interior hay enzimas digestivas. Las enzimas se forman en el RER, pasan al aparato de Golgi, donde se activan y se concentran y después se acumulan en el interior de los lisosomas.

Los lisosomas tienen una membrana plasmática con las proteínas de la cara interna muy

glucosiladas, impidiendo estas glicoproteínas que las enzimas hidrolasas ataquen la membrana interna del lisosoma. Los lisosomas digieran materia orgánica, la encima más importante es la fosfatasa ácida, capaz de romper los enlaces fosfoestéricos y liberar los grupos fosfato. Para un buen funcionamiento de estas enzimas, los lisosomas necesitan mantener un pH entre 3 y 6 por tanto introducen protones H + en su interior mediante consumo de ATP. La digestión puede ser extracelular o intracelular, en función del contenido del lisosoma hay dos tipos:

Lisosoma primario. En su interior solo presentan enzimas digestivas. Lisosoma secundario. Contienen sustratos en proceso de digestión, porque anteriormente se

han unido a una vacuola con materia orgánica. Estos pueden ser de dos tipos: - Vacuolas digestivas, si el sustrato procede del exterior por fagocitosis.- Vacuolas autofágicas si el sustrato procede del interior.

6. Mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos de las células eucariotas areobias que se encargan de obtener energía mediante la respiración celular. Se encuentran en grandes cantidades en el citoplasma y son especialmente abundantes en las que tiene una elevada demanda de energía como las musculares o los espermatozoides.

El conjunto de mitocondrias se denomina condrioma. Las mitocondrias están formadas por una doble membrana que delimita dos cámaras:

Membrana mitocondrial externa. Es lisa y limita por completo a la mitocondria. Su estructura es la misma que la de las membranas celulares: una bicapa lipídica con proteínas asociadas. Contiene proteínas transmembranosas que actúan como canales de penetración, gracias a los cuales es muy permeable.

Membrana mitocondrial interna. Presenta repliegues internos denominados crestas mitocondriales, que incrementan su superficie y , por tanto, su capacidad metabolizadora.Es bastante impermeable y contiene las moléculas encargadas de la respiración mitocondrial como las permeasas, los citocromos y las ATP-sintetasas. Entre los lípidos de membrana no hay colesterol.

Espacio intermembranoso. Es el espacio entre las dos membranas con contenido parecido al citosol.

Matriz mitocondrial. Espacio delimitado por la membrana interna, es rica en enzimas y presenta además:

- Ribosomas mitocondriales. Moléculas de ADN mitocondrial. Enzimas necesarias para la replicación, transcripción y traducción del ADN mitocondrial. Enzimas implicadas en el ciclo de Krebs. Iones de calcio y fosfato.

La función más importante de las mitocondrias es la respiración mitocondrial que consiste en la combinación de materia orgánica con el oxígeno para obtener energía por medio de la oxidación. En la respiración mitocondrial se distinguen dos etapas:

Ciclo de Krebs. Etapa inicial realizada en la matriz y donde se desprende CO2. Cadena respiratoria. Etapa inicial realizada en la membrana interna donde se junta el H de la

materia orgánica con el oxígeno liberándose energía en forma de ATP gracias a las ATP-sintetasas.

En la matriz mitocondrial se llevan a cabo otras vías metabólicas importantes:

Β-oxidación de ácidos grasos. Las enzimas se sitúan en la matriz mitocondrial, se denomina hélice de Lynen y en cada vuelta de espiral se forman 5 moléculas de ATP.

Fosforilación oxidativa. Se realiza en las partículas elementales F situadas sobre las crestas mitocondriales, son complejos de ATP-sintetasa que permite fosforilar el ADPATP.

Duplicación del ADN mitocondrial.

Concentración de sustancias en la cámara interna, tales como proteínas o lípidos.

7. Cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos típicos de las células vegetales, contienen clorofila gracias a la cual pueden llevar a cabo la fotosíntesis, proceso donde la energía luminosa es transformada en química y sintetiza materia orgánica a partir de inorgánica. Por ello, los cloroplastos al igual que las mitocondrias son considerados orgánulos transductores de energía.

Un cloroplasto está formado por los siguientes elementos:

Cubierta con doble membrana. Ninguna de las dos membranas tiene clorofila y entre sus lípidos no hay colesterol.

- Membrana plastidial externa. Muy permeable

- Membrana plastidial interna. Casi impermeable y presenta proteínas translocadoras.

Estroma. Espacio interior que contiene un número elevado de componentes:

- ADN plastidial. Circular y de doble hélice.

- Plastorribosomas. Diferentes de los ribosomas del citoplasma.

- Enzimas. Las que transforman el CO2 en materia orgánica y las que replican el ADN.

- Inclusiones de granos de almidón e inclusiones lipídicas.

Tilacoides o lamelas. Sáculos aplanados inmersos en el estroma. Presentan una membrana tilacoidal que contiene pigmentos fotosintéticos y una cavidad interior denominada lumen. Los tilacoides pueden ser de dos tipos:

- Tilacoides de estroma. Alargados y extendidos por todo el estroma.

- Tilacoides de gránulos. Pequeños con forma de disco apilados. Cada pila se denomina gránulo o grana.

La función básica de los cloroplastos es la fotosíntesis en ella se distinguen dos fases:

Fase luminosa. Durante esta fase, mediante los pigmentos fotosintéticos se capta energía luminosa que se utiliza para rompe las moléculas de agua y obtener de ella sus hidrógenos en forma de protones y electrones mientras que el O2 es un producto de desecho. El transporte de electrones por parte de las enzimas de la cadena transportadora y de los protones por parte de las enzimas ATP-sintetasas permite sintetizar moléculas de ATP.

Fase oscura. Se realiza en el estroma y en ella se captan moléculas de CO2 del aire a la que se añaden los H obtenidos en la fase luminosa, gracias a la energía de los ATP generándose así la materia orgánica. En el estroma también tiene lugar la replicación del ADN y la biosíntesis de proteínas, en la que intervienen los plastorribosomas.

El citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos con función esquelética que constituyen el andamio interno de la célula. Se diferencian tres tipos de filamentos: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.

Los microfilamentos: Son los componentes más abundantes del citoesqueleto, son filamentos de actina

y de miosina denominados filamentos gruesos; sus principales funciones son: Mantener la forma de la célula, generar la emisión de los pseudópodos, generar y estabilizar las prolongaciones citoplasmáticas y posibilitar el movimiento contráctil de las células musculares.

Los microtúbulos son filamentos tubulares constituidos por tubulina, una molécula de naturaleza proteica y se originan a partir del centro organizador de microtúbulos, que en las células animales se denomina centro pericentriolar del centrosoma. A partir de los microtúbulos se originan el citoesqueleto, el huso acromático, los centriolos y los cilios y flagelos. Los microtúbulos son estructuras cilíndricas y huecas constituidas por polímeros de dos proteínas globulares unidas. Poseen las siguientes funciones: Realizar el movimiento celular, servir de base para estructurar el citoesqueleto, determinar la forma de la célula, organizar la distribución interna de los orgánulos y movilizar los cromosomas.

El centrosoma se considera como el centro dinámico de la célula porque es la zona donde se encuentra el centro organizador de microtúbulos; debido a ello el centrosoma es el responsable de los movimientos de la célula. El centrosoma está formado por el material pericentriolar, el áster (Conjunto de microtúbulos radiales que salen a partir del material pericentriolar, que sirve para fijar los centrosomas a la membrana plasmática durante la mitosis) y el diplosoma (dos centriolos perpendiculares entre sí y formado cada uno por nueve grupos de tres microtúbulos que forman un cilindro).

El núcleo

La envoltura nuclear está formada por una doble membrana con poros que controla y regula la comunicación entre el citoplasma y el nucleoplasma, está constituida por los siguientes elementos:

Membrana externa. Similar a la plasmática y en contacto con el RER y con ribosomas asociados.

Membrana interna. Posee proteínas de membrana que sirven de anclaje para las proteínas que constituyen la lámina nuclear; entre las dos membranas se encuentra el espacio perinuclear.

- Lámina nuclear. Capa densa de proteínas fibrilares situada debajo de la membrana interna y con características semejantes a los filamentos intermedios del citoesqueleto. Estas proteínas están relacionadas con la formación de poros ya que fijan las fibras de cromatina.

- Poros nucleares. Orificios cuyo diámetro es de 800A distribuidos por toda la membrana que regulan el paso de subunidades ribosómicas y proteínas de pequeño tamaño.

Algunas de las funciones de la envoltura nuclear son: 1) Separar el núcleo del citosol. 2) Regular el intercambio de sustancias a través de los poros. 3) Intervenir en la constitución de los cromosomas previa a la división celular. 4) Participar en la distribución de cromatina en la nueva célula.

El nucleoplasma es una dispersión coloidal en forma de gel compuesta de agua, sales minerales y proteínas, está en el interior nuclear, y es ahí donde se producen la síntesis y el empaquetamiento de los ácidos nucleicos y de nucleótidos de ARN y ADN.

El nucléolo es un corpúsculo esférico carente de membrana que durante la división celular desaparece y cuando los cromosomas se desespiralizan se vuelve a formar. Está constituido por ARN y proteínas, sintetiza el ARN nucleolar; es más grande cuanto mayor es la síntesis proteica. En él se distinguen dos zonas: La zona fibrilar que se origina a partir de los sectores de ADN que contienen los genes con información para la síntesis del ARN nucleolar, los llamados organizadores nucleolares; y la zona granular que da lugar a las subunidades ribosómicas en proceso de maduración.

La cromatina está formada por filamentos de ADN y proteínas. Se forma a partir de los cromosomas que se descondensan cuando finaliza la división del núcleo, se distingue entre eucromatina (cuando se descondensa completamente durante la interfase) y la heterocromatina que no se descondensa completamente.

La cromatina está constituida por una sucesión de nucleosomas que forman la fibra de cromatina de

100 A, esta fibra se enrolla sobre sí misma dando lugar a la fibra de cromatina de 300 A siendo éste el menor grado de condensación a nivel cromosómico de la cromatina.

La cromatina contiene toda la información genética necesaria sobre la estructura y funcionamiento de un organismo y además proporciona la información biológica necesaria para efectuar la síntesis de los diferentes ARN.

Los cromosomas están formados por la condensación sobre sí misma de una fibra de cromatina de 300A. Cada cromosoma posee:

Centrómero. Estrechamiento de la cromátida que lo separa en dos brazos.

Brazos cromosómicos. Cada una de las partes que separa. La porción distal es el telómero.

Constricción secundaria estrechamiento cerca del telómero que puede dar lugar a un satélite.

Cinetocoro. Estructura proteica situada en el centrómero que actúa como COM.

Los cromosomas se forman en el núcleo poco antes de su división y al romperse la envoltura nuclear quedan inmersos en el citoplasma.

Tras la duplicación del ADN se forman las cromátidas; hay 4 tipos de cromosomas según la posición del telómero: Metacéntrico, submetacéntrico, acrocéntico, telocéntrico; y dos según la fase de división. Metafásico (dos cromátidas) y anafásico (1 cromátida).

Tema 9. La reproducción celular.

El ciclo celular

El ciclo celular de una célula eucariota comprende el periodo de tiempo que va desde que se forma

hasta que se divide, se diferencian dos etapas:

Interfase. Etapa inicial de larga duración que consta a su vez de tres fases, G 1, S y G2. En las que se puede observar claramente el núcleo interfásico.

Estas fases son periodos bioquímicamente muy activos, en los que se produce la síntesis de todas las sustancias propias de la célula. La síntesis del ADN se produce en la fase S pero es al final de esta cuando se lleva a cabo la duplicación del ADN sin producirse su reparto.

División. Es la etapa final corta en la que se dará lugar a dos células hijas. Consta de una única fase, la fase M, bioquímicamente inactiva, que engloba dos procesos:

- Cariocinesis. División del núcleo. Cada molécula de ADN del núcleo se condensa junto con su copia formando un cromosoma, se rompe la envoltura nuclear y los cromosomas terminan de condesarse. Posteriormente se dividen en dos y cada célula hija recibe el mismo número de cromosomas que la célula madre.

- Citocinesis. División del citoplasma, tiene lugar después de la anterior.

Interfase celular

Fase G1. Desde que nace hasta la S. Se produce aquí la síntesis de ARNm que se inicia en el citosol. Hay un solo diplosoma. Al final de esta fase se distingue un punto de no retorno a partir del cual es imposible impedir que se sucedan las demás fases, es el punto R o de no retorno. En algunas células debido a la diferenciación celular, antes de llegar al punto R se manifiestan ciertos genes que producen la especialización celular, donde puede permanecer días y meses sin alcanzar el punto R, es la fase GO; pero activadores mitóticos pueden hacerlos volver a la G1 y alcanzar el punto R, excepto las muy especializadas.

Fase S: Síntesis de la duplicación del ADN que se condensa y forma un cromosoma inmaduro. Se forma un esbozo de centriolo junto a cada centriolo, el procentriolo.

Fase G2. Acaba la síntesis del ADN y se forman los cromosomas; continúa las síntesis de proteínas y ARNm que empezará en el citosol y la proteína, gracias a su péptido de señalización, entrará en el lumen del RER donde pierde el péptido y se le añade un oligosacárido (glucosilación). Es aquí donde se forman dos diplosomas inmaduros.

Mitosis

Proceso mediante el cual de una célula 2n cromosomas se obtienen 2 células 2n. Hay cuatro fases:

Profase. Las dos fibras de 100 A de cada cromosoma se enrollan sobre sí dando la fibra de 300 A, y las cromátidas, quienes quedan unidas por el centrómero y forman un cromosoma profásico. Al condesarse el ADN desaparecen los nucléolos; se forman dos centrosomas por duplicación, se alejan el uno del otro por el alargamiento de los microtúbulos polares quedando paralelos. Entra agua al interior nuclear hasta fragmentarse el envoltorio nuclear y expandirse el nucleosoma por el citosol. Se forma el cinetocoro, estructura proteica capaz de captar microtúbulos y fijarlos.

Metafase. Los microtúbulos cinetocóricos crecen por la adición de tubulina, debido a su alargamiento todos los cromosomas forman la placa ecuatorial y los 2 centrosomas más los microtúbulos forman el huso mitótico.

Anafase. Separación de las cromátidas hermanas formándose el cromosoma anafásico, que se desplaza debido al acortamiento de microtúbulos y al arrastre realizado por las proteínas motoras que se fijan al cinetocoro.

Telofase. Los dos cromosomas anafásicos en polos opuestos empiezan su descondensación, la lámina fibrosa se adhiere a los cromosomas, lo que facilita una nueva envoltura. Los cromosomas se van desespiralizando hecho que permite la transcripción y formación de nucléolos. Los microtúbulos polares separan del material pericentriolar, se aproximan entre sí y forman cilindros en la interzona donde se acumulan muchas proteínas, y tienen mucha importancia en la citocinesis.

Meiosis

Proceso generador de células con la mitad de cromosomas que la célula madre. Posee dos fases:

Primera división meiótica. Reduccional, puesto que las células hijas tienen la mitad de cromosomas.

Segunda división meiótica. Ecuacional, porque las células hijas son 2n al igual que la madre.

En la formación de los gametos es primordial pues si no se irían aumentando el nº de cromosomas entre generaciones, otra de sus características es la recombinación genética.

Diferencias entre mitosis y meiosis.

Mitosis Meiosis1 cariocinesis y una citocinesis 2 cariocinesis y dos citocinesis2 células con los mismos cromosomas 4 células con la mitad de cromosomasEn la profase no hay entrecruzamientos ni sinapsis En la profase hay entrecruzamientos y sinapsisEn la anafase las cromátidas hermanas se separan Las cromátidas hermanas migran juntasSi no hay mutación, los cromosomas de las células hijas son iguales a los de la madre

Hay recombinación genética en la mitad de cromosomas, entre las cromátidas de los cromosomas homólogos.

Primera división meiótica

Se aparean los cromosomas homólogos produciéndose de esta manera el intercambio genético:

Profase I. Se forman los cromosomas, se juntan los dos homólogos formando el par bivalente entre los que se produce un intercambio genético gracias a los nódulos de recombinación quienes han sido producidos por sinapsis o entrecruzamientos; cuando la sinapsis tiende a deshacerse, se evidencian los quiasmas o puntos de unión anteriores.

Metafase I. Desaparece la envoltura nuclear, los nucléolos y el par bivalente se dispone en el ecuador celular.

Anafase I. Los dos cromosomas homólogos migran a polos opuestos.

Telofase I. En depende que especies tiene lugar, aunque normalmente se pasa a la 2ª división.

Segunda división meiótica

Precedida de una breve interfase en la que no hay duplicación del ADN (Intercinesis)

Profase II. Se rompe la envoltura nuclear, se duplican los diplosomas y se forma el huso mitótico.

Metafase II. Los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial.

Anafase II. Las cromátidas se separan y migran a polos opuestos.

Telofase II. Los cromosomas se desespiralizan y se rodean de envoltura nuclear formándose dos núcleos que posteriormente se separarán por citocinesis.

Tema 10. Metabolismo: Anabolismo y catabolismo.

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener energía y materia para poder llevar a cabo las funciones vitales. Según el tipo de metabolismo que tenga un

organismo nos encontramos con:

Catabolismo. Orgánicas complejas pasan a orgánicas simples liberando ATP.

Anabolismo. Orgánicas simples en complejas para lo cual necesitamos energía que proviene de los enlaces fosfato del ATP.

Catabolismo AnabolismoReacciones de degradación Reacciones de síntesisReacciones de oxidación Reacciones de reducciónDesprenden energía Necesitan energíaMuchos sustratos y pocos productos Pocos sustratos y muchos productosConjunto de vías metabólicas divergentes Conjunto de vías metabólicas convergentes

Adenosín-trifosfato (ATP)

El ATP es un nucleótido que actúa en el metabolismo como molécula energética. Almacena y cede energía gracias a sus dos enlaces esterfosfóricos, que puede almacenar cada uno 7’3 Kcal/mol.

Cuando se hidroliza por un proceso de desfosforilación se rompe el último enlace éster-fosfórico y se produce un ADP+H3PO4+energía. El ADP puede ser hidrolizado en AMP+H3PO4+energía, rompiéndose el otro enlace esterfosfórico. La síntesis del ATP se puede realizar de dos formas distintas:

Fosforilación a nivel de sustrato. Gracias a la energía liberada de una biomoléculas.

Reacción enzimática con ATP-sintetasas. Sintetizan ATP con el paso de H+.

El ATP es la moneda energética, pues almacena energía de uso inmediato, pero si no se necesita inmediatamente, la célula utiliza otras biomoléculas capaces de almacenar mucha más Kcal por mol, como son el almidón o el glucógeno (4kcal/g) o triglicéridos se encuentran en el tejido adiposo y albergan 9kcal/g.

Tipos de metabolismo

Según la fuente de donde provenga el carbono puede distinguirse dos tipos de metabolismo:

Autótrofo: Si es el CO2, es decir, Carbono inorgánico.

Heterótrofo: Si es materia orgánica como glucosa o triglicéridos; este es un C orgánico.

Con respecto a las distintas fuentes de energía podemos encontrar dos distintas:

Fotosíntesis. Energía lumínica.

Quimiosíntesis. Energía desprendida de reacciones químicas.

Catabolismo

El catabolismo es la fase degradativa del organismo en la cual se obtiene energía. En las vías catabólicas las moléculas orgánicas iniciales son transformadas en otras más sencillas hasta convertirse en productos, los denominados productos de excreción. La energía liberada es almacenada en enlaces ricos en energía del

ATP y es utilizada para las distintas actividades celulares o para sintetizar compuestos orgánicos en los que se almacena la energía sobrante (anabolismo).

Reacciones redox

Las reacciones catabólicas son reacciones de transferencia de electrones, es decir, reacciones redox. Si una sustancia se oxida (pierde e-) hay otra que los acepta (se reduce). La sustancia que provoca que otra pierda e- es el oxidante y la que provoca que gane reductor. Un ejemplo de redox es la respiración celular de la glucosa.

En el catabolismo la energía se libera gradualmente y en forma de energía química, albergada en los enlaces químicos de la molécula del ATP. Esta producción es gradual por las siguientes características:

Reacciones sucesivas. Ocurren una después de otra, son catalizadas por diferentes enzimas.

Transporte de hidrógenos. Los e- de la C6H12O6 no pasan directamente a los átomos de oxígeno sino que viajan junto a protones constituyendo átomos de H que pasan al NAD+, formándose NADH, y actuando como transportador.

Cadena transportadora de e-. La coenzima NADH no pasa sus e- directamente al oxígeno, sino que pasan por una cadena transportadora de e- constituidas por unas proteínas, los citocromos. Los e-

pasan de un citocromo al siguiente ocupando cada vez un lugar más próximo al núcleo, esta energía desprendida, sirve para fosforilar el ADP y formar ATP gracias a las ATP-sintetasas. Los e- son transferidos a átomos de oxígeno, a los que se unen H+ y se forma H2O.

Tipos de catabolismo

Se pueden distinguir dos tipos de catabolismo:

Respiración. Interviene la cadena transportadora de e-, esto permite transferir los e- de la materia orgánica a un aceptor inorgánico, en función del agente oxidante se distingue:

- Respiración aeróbica. O2 molecular que al reducirse y aceptar e- se forma H2O metabólica.

- Respiración anaeróbica. Cuando el agente oxidante no es elO2 molecular sino, iones como el nitrato que al reducirse se queda en ion nitrito, NO2

-.

Fermentación. No interviene la cadena transportadora, así que impide transferir los e- de la materia orgánica inicial a un compuesto inorgánico, por ello su producto final siempre será uno orgánico.

Catabolismo respiratorio de los glúcidos

En el aparato digestivo los alimentos se degradan en monosacáridos, en la degradación total de la glucosa y el aprovechamiento de la energía se distinguen dos procesos: la glucólisis y la respiración que ésta a su vez tiene dos fases: El ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones.

En la célula procariota se realiza en el citosol y la cadena transportadora en la membrana plasmática sin embargo, en la eucariota, la glucólisis se realiza en el citosol y la respiración en las mitocondrias: el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial, y la cadena en la membrana de las crestas.

Glucólisis

La glucosa se descompone en dos moléculas de ác.pirúvico, con la energía liberada se sintetizan dos moléculas de ATP. Las fases de la glucólisis son 9, pero se dividen en dos:

1º, consumo de energía: Por cada glucosa se consumen 2 ATP formándose 2 gliceraldehido 3-fosfato

2º, producción de energía. Por cada gliceraldehido se forman 2ATP y se genera un ác.pirúvico.

Se oxidan 2NAD+.

Respiración de los glúcidos

Ciclo de Krebs

El ác pirúvico entra por transporte activo a la mitocondria donde sufre una descarboxilación que sale en forma de CO2 + 2H que son aceptados por un NAD+ que se reduce a NADH+ + H+, así se forma el acetato al que se le introduce una coenzima A y así se forma el Acetil-CoA, gracias al sistema piruvato deshidrogenasa.

El acetil-CoA al juntarse con el ácido oxoalacético forma un ácido cítrico quien se degrada en dos moléculas de CO2 e hidrógenos provenientes del acetil, al final se regenera un ácido oxoalacético (4 carbonos) por ello lo denominamos ciclo.

Para aceptar los hidrógenos se precisan coenzimas oxidadas (3NAD+ y 1FAD) que se reducen (3NADH + y 1FADH2); para volver a ser coenzimas oxidadas pasan por la cadena transportadora de electrones.

En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera 1GTP=1ATP, 3NADH y 1 FADH2. El balance energético, como podemos ver, es muy bajo (sólo 1 GTP) pero el resto de energía se invierte en reducir las enzimas que cuando se oxiden en la cadena liberarán mucha energía.

Cadena respiratoria, transporte de electrones

Es la última etapa de la respiración, en ella se oxidan las coenzimas reducidas anteriormente y de esta forma son utilizadas para sintetizar ATP a partir de la energía que contienen; se pueden distinguir 3 procesos:

- Transporte de electrones. La cadena respiratoria está constituida por una serie de moléculas proteicas englobadas en la membrana interna de las mitocondrias de las células eucariotas de forma ordenada. Cada una de estas moléculas acepta e - de la anterior (se reduce) y los transfiere a la siguiente oxidándose. Esto es posible porque los e- pasan a lugares más cercanos al núcleo y con menor energía.

Los e- que entran en la cadena proceden de los NADH y FADH2 que al cederlos junto con protones H+

pasan a ser las coenzimas oxidadas NAD+ y FAD. La cadena está compuesta por los grandes complejos I,II y III quienes están comunicados gracias a la ubiquinona que es un lípido que transporta los e- entre éstos y después está el complejo IV, comunicado con el III por el citocromo c que está en la cara interna de la membrana.

- Quimiósmosis. La energía perdida por los electrones se utiliza para bombear H+ al exterior (al espacio intermembranoso) donde se acumulan y cuando su concentración es elevada vuelven a la matriz por las ATP sintetasas.

- Fosforilación oxidativa. Las ATP-sintetasas constituidas por cuatro partes que se mueven entre sí cuando los protones fluyen por su canal interior, esto provoca cambios en tres lugares que producen la unión de un ADP y un PO4

3- generando ATP.

En general en la respiración de los glúcidos se forman 38 ATP porque un FADH 2, tiene un valor energético de 2ATP; 1NADH de 3 ATP y un GTP de 1ATP.

Catabolismo por fermentación

La fermentación es un proceso catabólico en el que no interviene la cadena transportadora y posee las siguientes características:

Es un proceso anaeróbico puesto que no usa O2 como aceptor de e-.

El aceptor es un compuesto orgánico.

La síntesis del ATP ocurre a nivel de sustrato. No intervienen las ATP-sintetasas lo que explica la baja producción energética. Una glucosa por fermentación produce 2 ATP y por respiración 38. La fermentación ocurre en los microorganismos aunque puede realizarse en las células si no les llega el suficiente O2. Según sea la naturaleza del producto final hay diferentes fermentaciones: Está la alcohólica, si es alcohol etílico; la láctica si es ác. Láctico y la putrefacción si es maloliente. Según el proceso catabólico que realicen los organismos son:

o Anaerobio facultativo: Organismos que respiran pero en falta de O2 fermentan.

o Anaerobio estricto: Siempre fermentan, según la levadura se obtienen diferentes productos.

Los principales productos obtenidos de los microorganismos son el etanol, el ácido láctico y el vinagre.

Etanol. Es un disolvente orgánico muy utilizado en la industria, pero es también la sustancia más característica de las bebidas alcohólicas. Las levaduras del género Saccharomyces obtienen etanol degradando incompletamente moléculas de glucosa mediante fermentación alcohólica. C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2. Las bebidas alcohólicas que se obtienen son así como el vino, la sidra o la cerveza y también el pan.

El ácido acético o vinagre. Las bacterias de los géneros Acetatobacter y Glucobacter tiene la facultad de degradar incompletamente el etanol hasta obtener ácido acético. Esta reacción necesita oxígeno así que no es una verdadera fermentación. El sustrato para esta transformación puede ser el vino, la sidra o una disolución de alcohol etílico. 2C2H5OH + 2O2 2H2O + 2CH3COOH.

Fermentación alcohólica

Es la fermentación de ácido pirúvico en etanol y CO2. Determinadas levaduras catabolizan mediante respiración un líquido rico en azúcares, pero si se agota el O2 continúan el catabolismo por fermentación.

En una primera etapa se produce la glucólisis y en la segunda se realiza la transformación de ácido pirúvico en CO2 y acetaldehído, luego éste en etanol.

Fermentación láctica

Este proceso ocurre si determinados microorganismos inician la fermentación de la lactosa de la leche, lo que produce su agriamiento y la coagulación de la caseína, su proteína.

Otro caso en el que se produce dicha fermentación es cuando un animal realiza un sobreesfuerzo físico y sus células musculares se quedan sin oxígeno, entonces éstas degradan el ácido pirúvico por fermentación a láctico, quien es después transportado de forma gradual a las células hepáticas donde, en condiciones aeróbicas, se reconvierte en ácido pirúvico.

En las células musculares se produce primero la glucólisis donde se obtienen dos ATP y dos coenzimas reducidas, luego tiene lugar la transformación de ácido láctico regenerando las enzimas reducidas y oxidándolas con lo que el proceso no se detiene.

Además el ácido láctico es una molécula de gran variedad, así como el lactato de hierro que se usa para tratamientos de anemias o el lactato de calcio en las deficiencias de calcio.

AnabolismoLa fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso de conversión de la energía luminosa en energía química, que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso se realiza gracias a los pigmentos fotosintéticos que son

capaces de captar la energía luminosa, dando así paso a una serie de reacciones que constituyen la fotosíntesis.

Los electrones que pierden los pigmentos se recuperan por la descomposición de agua o ácido sulfhídrico, en función de la molécula que se disocia se distinguen dos fotosíntesis:

Fotosíntesis oxigénica donde los electrones se obtienen del H2O. Se produce en algas, plantas y cianobacterias liberando oxígeno al ambiente.

Fotosíntesis bacteriana donde se descomponen moléculas de SH2 según H2S 2H+ + 2e- + S; en este caso no se libera O2, sino precipitados de S. Es la forma más sencilla y antigua de fotosíntesis, es practicada por bacterias verdes y púrpuras que viven en aguas sulfuradas.

Estructuras fotosintéticas

En las células de las plantas y algas la fotosíntesis se realiza en los cloroplastos que en su estroma están los tilacoides, unos sáculos donde se encuentran los pigmentos fotosintéticos. Las cianobacterias carecen de cloroplastos, pero tienen tilacoides en su citoplasma.

Pigmentos fotosintéticos

Moléculas lipídicas unidas a proteínas presentes en las membranas de los tilacoides. En las plantas hay clorofila y carotenoides.

La clorofila está constituida por un anillo porfirínico con un átomo de magnesio en el centro, asociado a un metanol y aun alcohol de cadena larga llamado fitol. Hay clorofila que absorbe una longitud de onda de 683 nanómetros y la b que absorbe 660 nm.

Los carotenoides son isoprenoides que absorben luz de 440 nm pueden ser de dos tipos: rojos y xantofilas amarillentas.

Fotosistemas

Un fotosistema es un complejo formado por proteínas transmembranosas que contienen pigmentos fotosintéticos y forman dos subunidades funcionales: el complejo captador de luz y el centro de reacción. Estos fotosistemas se encuentran en las membranas de los tilacoides:

Complejo captador de luz. Contiene pigmentos fotosintéticos que captan energía luminosa que se excitan y transmiten la energía de unas a otras hasta llegar al centro de reacción.

El centro de reacción es la subunidad donde hay dos moléculas de clorofila a, los pigmentos diana, que al recibir la energía de los anteriores transfiere sus e - a otra molécula, el primer acepto de e -, quien los cederá a una molécula externa. El pigmento diana es capaz de iniciar una reacción redox y reponer los e- perdidos a partir de otra molécula, el primer dador de electrones.

En la fotosíntesis intervienen 2 fotosistemas diferentes: el I y el II.

Fotosistema I

Su pigmento diana capta menos de 700 nm por lo que recibe el nombre de P700. Este fotosistema es abundante en los tilacoides del estroma y NO puede romper el agua para liberar electrones.

Fotosistema II

Su pigmento diana capta menos de 680 nm por lo que se llama P680. Este fotosistema abunda en los tilacoides de grana y pueden romper la molécula de H2O liberando al medio electrones que repongan los que ha cedido el pigmento diana. Este Fotosistemas no puede presentarse sólo a diferencia del otro.

Visión general de la fotosíntesis

Se puede diferenciar dos fases en función de dependencia de la luz:

Fase luminosa. Ocurre en los tilacoides. En esta fase se capta la energía luminosa y se generan ATP y nucleótidos reducidos (NADPH + H+)

Fase oscura. Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos. Se emplean los ATP y los nucleótidos reducidos para sintetizar moléculas orgánicas. Así en la fotosíntesis de los compuestos del carbono hidratos de carbono a partir del CO2 atmosférico. La ecuación global de la fotosíntesis de una molécula de glucosa es: 6CO2 + 12H2O + Energía luminosa C6H12O6 +6H20 .

La fase luminosa de la fotosíntesis

Esta fase puede darse en dos modalidades: con transporte acíclico de electrones y con cíclico. En la primera participan los fotosistemas I y II, en la segunda sólo el I. Además intervienen otros elementos que se hallan en la membrana del tilacoide como las cadenas de transporte electrónico que transfieren los e- de unas moléculas a otras y las ATP-sintetasas que sintetizan ATP gracias al bombeo de H+.

Fase luminosa acíclica

En esta ocurren tres fases: la fotólisis del agua, la fotofosforilación del ADP y la fotorreducción del NADP. Al incidir la luz sobre el pigmento diana del fotosistema II la clorofila P680 se excita y cede dos electrones al primer acepto de e-; para reponerlos se produce la fotólisis del H2O. Esta reacción ocurre en la cara interna de los tilacoides quedándose los dos protones en el interior del tilacoide. Cuando el fotosistema I recibe luz su clorofila P700 cede 2 e- al primer aceptor de e- y los repone gracias a la cadena que los toma del fotosistema II. El primer acepto del fotosistema II transfiere a otra cadena electrónica que los cede al NADP+ quien toma 2 protones del interior del estroma y se reduce formando NADPH+H+.

En este proceso, se introducen protones en el interior del tilacoide; por cada dos electrones entran 4 protones (2 de la hidrólisis y otros dos impulsados por la cadena transportadora). Se establece un gradiente potencial electroquímico entre las dos caras de la membrana del tilacoide, lo cual hace que los protones salgan por la ATP-sintetasa y se produce por cada 3 protones 1 ATP.

Fase luminosa cíclica

El único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP, aquí sólo interviene el fotosistema I. Se genera un flujo cíclico de electrones que hacen que se introduzcan protones al interior del tilacoide, este gradiente que se forma se usa para sintetizar ATP. En este ciclo no se desprende ni oxígeno, ni NADPH+H+.

Al incidir dos fotones sobre el fotosistema I la P700 libera 2 electrones al aceptor primario y se inicia una cadena de transporte de electrones que impulsa dos protones al interior tilacoidal. La cadena de transporte transfiere 2 e- a la P700 para reponer los perdidos. Los e- llegan a la ferrodoxina, de ahí pasan al citocromo b y de este a la pastoquinona que capta dos protones y se reduce a PqH2 quien cede 2 e- al citocromo f e introduce los dos protones al interior. Éstos al salir, a través de las ATP-sintetasas, provocan la síntesis del ATP, retornando la plastocianina los electrones a la clorofila P700.

Esta fase es necesaria porque en la fase oscura se precisa más energía de la obtenida en la acíclica.

La fase oscura de la fotosíntesis

En la fase oscura se utiliza la energía obtenida en la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica. Recibe el nombre de fase independiente de la luz porque no necesita luz solar, no porque transcurra a oscuras, sino que transcurre a todas horas.

Síntesis de compuestos del carbono

Esta síntesis se realiza mediante un proceso cíclico donde se distinguen dos pasos:

Fijación del CO2. El CO2 entra en el estroma del cloroplasto y allí se une a la ribulosa-1,2-difosfato, gracias a la enzima rubisco (la más abundante de la biosfera) y da lugar a un compuesto inestable de 6C que se disocia en dos moléculas de 3C, el ácido-3-fosfoglicérico.

Reducción del CO2 fijado. Mediante el consumo del ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa el ácido-3-fosfoglicérido es reducido a gliceraldehido-3-fosfato que puede seguir 3 vías:

Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato dentro de los cloroplastos mediante un complejo proceso que recibe el nombre de las pentosas fosfato.

Síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos en los cloroplastos.

Síntesis de glucosa y fructosa fuera del cloroplasto, en el citosol, por un proceso parecido a la inversa de la glucólisis.

Síntesis de compuestos de carbono (Balance)

Por cada CO2 es necesario dos moléculas de NADPH y 3 ATP. Para una glucosa 12 NADPH y 18 ATP. Al final de la fase acíclica luminosa se obtiene 16 ATP, siendo por ella necesaria la cíclica para formar 2 ATP más. La materia orgánica posee una pequeña proporción de nitrógeno y azufre que vienen de:

Las plantas que toman nitrógeno del suelo en forma de ion nitrato

El azufre lo toman por los iones sulfato SO42-.

Tema 11. El ADN, portador del mensaje genético.

La duplicaciónEn el proceso de la duplicación cada cadena de ADN sirve de molde para sintentizar una nueva complementaria, de manera que se pueden formar dos dobles hélices idénticas. Para explicar esto se propusieron trs hipótesis:

Semiconservativa. Watson y Crick dijeron que cada hebra sirve de molde para la síntesis de una nueva gracias a la complementariedad de bases.

Conservativa. Tras la duplicación quedarían dos hebras juntas y por otro la nueva.

Dispersiva. Las hebras estarían ormadas por ADN viejo y nuevo.

Síntesis de nuevas cadenas

Síntesis in vitro

Para actuar la ADN-polimerasa necesita la presencia de A, G, C y T, iones MG 2+ y un ADN en el que se ha retirado un sector de las dos cadenas. La cadena que está entera será el patrón y el extremo 3’ de la otra será el cebador.

La ADN polimerasa tiene varios lugares donde se fijan los sustratos, éstos quedan ocupados por el ADN patrón –el cebador- y el nucleótido que se le añade; su papel se limita a añadir nucleótidos al extremo de una cadena preexistente, así pues sólo crecerá en el sentido 5’3’; debido a ello, el 3’ de una hebra es considerado el último y el 5’ libre el primero.

Síntesis in vivo

Se descubrió que la ADN polimerasa podía sintetizar sin ADN cebador, y que las horquillas podían crecer en paralelo siendo que si una lo hacía 5’3’ la otra debería de ser 3’5’ y no hay ninguna enzima que trabaje en ese sentido.

La solución la formuló Okazaki quien descubrió unos fragmentos constituidos por 50 nucleótidos de ARN y 1000 o 2000 de ADN. Estos fragmentos son sintetizados por la ARN polimerasa, y son continuados por la ADN polimerasa en dirección 5’3’; después, sin desplazarse, los fragmentos pierden el ARN que se sustituye por ADN y permanecen unidos formando una hebra de ADN que aparentemente crece en sentido 3’5’.

Duplicación del ADN. Fases

Fase de iniciación. Hay una señal de iniciación formada por una secuencia de nucleótidos de ADN, el origen de replicación. El proceso se inicia cuando la helicasa rompe los puentes de hidrógeno entre las hebras y las separa, después actúan las topoisomerasas que eliminan las tensiones y superenrollamientos, las proteínas estabilizadoras mantienen la separación y se inicia la formación de una horquilla de replicación, las dos horquillas enfrentadas forman el ojo de replicación.

Fase de elongación. Intervienen ARN polimerasas y AN polimerasas. En primer lugar la primasa sintetiza un fragmento corto de ADN que actúa como cebador, el primer. Después, la polimerasa III partiendo del primer, sintetiza una hebra 5’3’; esta nueva hebra tiene un crecimiento continuo y se denomina hebra conductora. Sobre la otra, la retardada y antiparalela, actúa la ARN polimerasa sintetizando nucleótidos ARN que a partir de éstos la ADN polimerasa III sintetiza ADN formándose así un fragmento de Okazaki. Este proceso se va repitiendo a medida que se separan las dos hebras, posteriormente la ADN polimerasa I retira los segmentos de ARN añadiendo nucleótidos de ADN y por último la ligasa une los diferentes fragmentos sintetizados.

La transcripciónLa transcripción es el paso de ADN a ARN donde intervienen: el ADN molde, A,C, G y U, las ARN polimerasas y una serie de cofactores. Sólo se transcribe una de las dos hebras. Cada molécula de ARN que se sintetiza tiene un extremo 5’ y otro 3’; la ARN-polimerasa cataliza la adición de ribonucleótidos al extremo 3’ de la cadena de ARN, y se mueve en dirección 3’->5’ respecto al ADN sintetizado, y la cadena se forma 5’->3.

La transcripción en procariotas

En los organismos procariotas sólo existe un tipo de ARN polimerasa y la transcripción tiene 4 fases:

Iniciación. Antes de cada ADN que se transcribe, la unidad de transcipción, hay una región de ADN que no se transcribe, es el promotor, quien contiene unas secuencias de nucleótidos –las secuencias de consenso- a las que se asocia la ARN polimerasa y el primer nucleótido que va a ser transcrito. El promotor determina qué cadenas debe ser transcrita. Una vez fijada la po.imerasa inicia la polimerización de ARN siguiendo una de las dos hebras, la denominada hebra patrón.

Elongación. A medida que la ARN-polimerasa recorre la hebras de ADN patrón hacia el 5’, se sintetiza una hebra 5’3’.

Finalización. Cuando la polimerasa llega al terminador, secuencia formada por G y C seguida de varias T, se origina el bucle final del ARN. Favorece la separación uy el ADN vuelve a formar la doble hélice.

Maduración. Si se sintetiza ARNm no hay maduración pudiéndose ser traducido y formar una proteína funcional. Sin embargo, en el ARNt y el ARNr sí que hay un transcrito primario.

Las proteínas están formadas por veinte aminoácidos distintos, pero sólo hay cuatro nucleótidos así que cada triplete debe codificar un aminoácido, entonces existen en total 64 tripletes diferentes:

Varios codifican para un mismo aminoácido.

Algunos, así como el UAG y UGA no codifican ningún aa sino que marcan el final del proceso de traducción.

El AUG actúa como señal de inicio de la traducción.

La traducciónSe denomina traducción a la síntesis de la secuencia de aminoácidos de una proteína siguiendo el mensaje contenido en el ARNm. Tiene lugar en los ribosomas y en ella interviene: aminoácidos, ARN de diversos tipos, enzimas, factores proteicos y ATP para aportar energía. Los ARN son de tres tipos, cada uno con su función:

ARNm lleva la información genética contenida en el ADN, desde el citosol hasta los ribosomas.

ARNr forma parte esencial del propio ribosoma.

ARNt transporta aminoácidos desde el citosol hasta los ribosomas según la secuencias de bases del ARNm, formando el anticodón.

En la traducción se concreta la biosíntesis de proteínas, tiene tres fases:

Activación de aminoácidos.

Traducción que consta de tres fases: 1)iniciación de la síntesis. 2) elongación de la cadena polipeptídica y 3) terminación de la síntesis.

Por último se produce la asociación de las cadenas dando lugar a proteínas.

Activación de los aminoácidos

Los aminoácidos en presencia de la enzima aminoacil-ARNm-sintetasa y de ATP tienen la capacidad de asociarse y dar lugar a un aminoacil-ARNt de forma que se liberan AMP^, fósforo y la enzima libre. La unión de los aminoácidos a su ARNt específico se produce entre su grupo carboxílico, es decir, el radical –OH y el extremo 3’ del ARNt.

Iniciación de la síntesis

El ARNm se une a la subunidad menor del ribosoma gracias a la región líder, que no se traduce, en la cual hay unos diez nucleótidos complementaros con el ARNr. La subunidad pequeña se mueve respecto al ARNm hasta que encuentra el codón iniciador, el 5’…AUG…3’. A estos nucleótidos se asocia un aminoacil-ARNt iniciador específico que presenta el anticodón; entonces se establecen puentes de hidrógeno. A este grupo de moléculas se une la subunidad mayor formándose así el complejo ribosomal, donde intervienen también los factores de iniciación, la energía necesaria la aporta un GTP. El complejo ribosomal está formado por: El centro peptidil, donde se sitúa el primer aminoacil ARNt; el centro aceptor donde se ubican lso siguientes y el centro de salida donde se sitúa el ARNt que se dispone a salir. Las diferencias de éste proceso entre eucariotas y procariotas son:

En las eucariotas el ARNm se sintetiza en el núcleo y antes de salir sufre una maduración.

En las procariotas no se experimenta maduración, además antes de terminarse la síntesis ya se empieza a traducir.

El ARNm puede ser traducido por unos cuantos ribosomas a la vez, formando polirribosomas.

Elongación de la cadena polipeptídica

El primer triplete que se traduce es el AUG; al centro A llega el segundo radical amino que se une con el grupo carboxílico del otro formando un enlace peptídico, esto es posible gracias a la enzima peptidil-transferasa. Así el centro P queda ocupado por un ARNt sin aminoácido produciéndose la traslocación ribosomal, pasando este ARNt al centro E y saliendo, finalmente del ribosoma. A medida que la cadena se va sintetizando, va adoptando una estructura secundaria y terciaria mediante puentes de hidrógeno y puentes disulfuro.

Finalización de la síntesis

El final está determinado por UAA, UAG y UG. La causa de esto es que no hay ningún anticodón complementario; en cambio sí que son reconocidos por los factores proteicos de liberación que necesitan consumir GTP para actuar. Estos factores se instalan en el centro A y provocan que la cadena polipeptídica adquiera libertad, a continuación las dos unidades se separan dando por finalizada la síntesis.

Tema 12. Mutaciones.

El material genético puede sufrir alteraciones al azar. Estos cambios reciben el nombre de mutaciones. Las mutaciones son una fuente de variación para la población, cuando las condiciones ambientales cambian, es posible que los individuos con alguna mutación determinada se vean favorecidos y tengan una mayor posibilidad de sobrevivir que otros, en esto consiste la selección natural. Las mutaciones permiten la evolución de las especies y por tanto, de la vida. Las mutaciones se pueden clasificar según el tipo de células afectadas y la extensión del material afectado. Según el tipo de células afectadas hay:

Mutaciones somáticas que no se transmiten a la descendencia. En ocasiones, las células afectadas se mueren o pierden su funcionalidad pero en otras, la célula sobrevive y la mutación se transmite a sus descendientes diciéndose que es un individuo mosaico, puesto que presenta células con diferentes genotipos. Esto puede ser una causa del cáncer.

Mutaciones germinales. Tienen importancia evolutiva puesto que al afectar a los gametos se pueden trasmitir a la descendencia.

Según la extensión del material infectado puede ser: Mutaciones génicas. Producen alteraciones en la secuencia de nucleótidos de un gen. Mutaciones cromosómicas. Afectan a la secuencia de los genes de un cromosoma. Mutaciones genómicas. Provocan cambios que afectan al número de cromosomas.

Las mutaciones génicas o mutaciones puntualesHay dos tipos de mutaciones génicas, las mutaciones por sustitución de bases que se producen por el cambio de una base por otra ya por transición (una púrica por una púrica) o por transversión (púrica-piriminídica); y las mutaciones por pérdida o inserción de nucleótidos, que son ambos casos perjudiciales porque afectan al proceso de síntesis de proteína puesto que afectan a todos los tripletes posteriores al punto donde comienza; las consecuencias de éste tipo de mutaciones suelen ser graves. El primer tipo de ellas, provoca la alteración de un único triplete del gen; en ocasiones codifica el mismo gen lo que hace que no se altere la función proteica, pero en otras puede ser perjudicial puesto que puede cambiar el centro activo de una enzima o un triplete de finalización. Las mutaciones génicas se pueden producir por tres causas: errores de lectura durante la replicación del ADN, lesiones fortuitas del ADN o trasposiciones en los segmentos de ADN.

Mutaciones cromosómicas Son las mutaciones que provoan cambios en la estructura interna de los cromosomas. Afectan a la seuencia de genes dentro de éstos. Existen varios tipos: 1) Delección que es la pérdida de un fragmento del cromosoma, si contiene este fragmento muchos genes pueden tener graves consecuencias. 2) Duplicaciones, la repetición de un segmento de un cromosoma. Sobre el fragmento duplicado pueden producirse otras mutaciones, lo que favorece al proceso evolutivo porque no se modifican los antiguos. 3) Inversión que es cuando un fragmento cambia de sentido, si está el centrómero se llama inversión pericéntrica si no, inversión paracéntrica. No suelen ser negativas para el individuo pero sí para la descendencia. 4) Traslocación. Cambio de posición de un fragmento, si tiene lugar entre cromosomas homólogos se denomina traslocación recíproca; cuando es en el mismo cromosoma transposición. No resultan negativas para el individuo, pero sí para la descendencia puesto que se dificulta la gametogénesis y porque los gametos pueden tener algún cromosoma incompleto.

Mutaciones genómicasLas mutaciones genómicas son las que afectan al número de cromosomas propio de una especie, las causas están relacionadas con anomalías de las cromátidas en la meiosis o la mitosis. Se distinguen: Anaeuplodias que es el cambio en el número de cromosomas por ganancia o pérdida de uno de ellos y las euploidías que son alteraciones en el juego completo de cromosomas de un organismo así como la haploidía.

La mutación y la evoluciónLa evolución es el proceso de transformación de unas especies en otras mediante variaciones. Darwin junto con Wallace propusieron la selección natural quien decía que la evolución se producía por tres factores: La elevada tasa de natalidad puesto que todas las especies se reproducen más de lo que el ecosistema permite. La variabilidad de la descendencia y la selección natural quien afirma que sobrevive el más apto y además es él quien se reproduce.

Tema 13. Microorganismos.

Los microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico que pueden ser unicelulares o pluricelulares, procariotas o eucariotas o autótrofos y heterótrofos.

Bacterias

Las bacterias son microorganismos muy simples con escasa estructura interna y tan sólo cuatro tipos morfológicos distintos, pero presentan gran variabilidad en su metabolismo. Hay cuatro tipos. Bacilo (alargada), coco (esférica), Espirilo (espiralado) y Vibrio con forma ortográfica. Algunas bacterias forman agrupaciones de individuos ya que al dividirse las bacterias hijas se mantienen unidas entre sí mediante los componentes químicos de sus cápsulas.

Estructura de las bacterias

La estructura interna es mucho más simple que la eucariótica, pero la superficial es más compleja.

Cápsula bacteriana

La cápsula bacteriana es una capa rígida formada por diferentes polisacáridos que envuelve la pared bacteriana y está adherida a ella. Si adsorbe agua aumenta el grosor y se vuelve mucilaginosa formándose la capa mucosa que sólo está presente en algunas bacterias, sobre todo en las patógenas. Esta cápsula dificulta que los anticuerpos y células fagocíticas del hospedador se reconozcan y les destruyan; además permite la adhesión de las bacterias a las células del hospedador y así mismo entre hijas facilitando la formación de colonias bacterianas.

Pared bacteriana

Cubierta rígida que da forma a las células bacterianas, presenta una capa de mureína y es permeable a sales y moléculas orgánicas de baja masa molecular. Su destrucción deja inerme a la bacteria frente a los cambios de salinidad del medio.

Membrana plasmática

Envoltura unitaria que rodea al citoplasma. Su estructura y composición es idéntica a las células eucariotas pero ésta no posee colesterol. Delimita la bacteria y regula el paso de sustancias. Contiene numerosos complejos enzimáticos que intervienen en muchas funciones como: Dirigir la replicación del ADN bacteriano, realizar la respiración bacteriana y la fotosíntesis en bacterias fotosintéticas o fijar el N2 gracias a la enzima nitrogenasa.

Ribosomas

Se encuentran formando largas cadenas en el citosol, polirribosomas, realizan la síntesis proteica.

Orgánulos especiales

Así como los tilacoides que son orgánulos con pigmentos fotosintéticos formados por una membrana similar a la plasmática, los poseen las cianobacterias. También hay orgánulos diminutos delimitados por membranas rígidas, monocapas proteicas, que presentan diferentes funciones. Hay tres tipos: vacuolas de gas, clorosomas y carboxisomas.

Cromosoma bacteriano

Constituido por una doble cadena circular de ADN situada en el nucleoide; tiene proteínas, ARN asociado y está enrollado sobre sí mismo y anclado a proteínas de la membrana plasmática. Pueden contener pequeñas moléculas de ADN circular bicatenario denominados plásmidos con capacidad de replicación autónoma.

Flagelos y pelos

Son prolongaciones finas cuya longitud pude ser varias veces la de la bacteria, hay entre uno o cien. Los pelos, por su parte, son estructuras alargadas y huecas mediante las que se adhieren las bacterias a diferentes superficies.

Fisiología

Nutrición, Relación y Reproducción

Nutrición: Las bacterias poseen todos los tipos de metabolismo conocidos, pueden ser: fotoautótrofos, fotoheterótrofas, que necesitan energía luminosa y moléculas orgánicas como fuente del carbono; quimiautótrofas, como las bacterias nitrificantes y quimiheterótrofas que se alimentan de materia orgánica muerta o viva como es el caso de la mayor parte de los patógenos.

Relación: Muchas bacterias poseen movilidad, dicho desplazamiento se produce mediante reptación sobre un sustrato sólido, por movimientos contracción-dilatación o bien mediante flagelos.

Reproducción: Son asexuales, se reproducen por bipartición, a la que antecede la replicación del ADN y la separación de las dos moléculas obtenidas. Las bacterias hijas son clones de la madre. Las bacterias poseen mecanismos parasexuales gracias a los cuales intercambian material genético con otras bacterias por: conjugación, donde la bacteria donadora le transmite ADN por un pelo sexual a la receptora; por transducción, que es el intercambio genético accidental, el agente trasmisor transporta fragmentos de ADN a otra bacteria parasitada. Trasformación, una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN que aparecen libre en el medio de la otra. Este intercambio explica la variabilidad que presentan algunas bacterias al vivir junto a otras de distinta especie, algunos tipos de bacterias son: las bacterias purpúreas y verdes, las nitrificantes o las cianobacterias.

Hongos

Los hongos son organismos eucariotas unicelulares y pluricelulares carentes de pigmentos fotosintéticos que tienen nutrición heterótrofa. Según su alimentación se califican en: Hongos saprofíticos que se alimentan de materia orgánica en descomposición y hongos parásitos que se nutren de materia orgánica de plantas o animales vivos. Según el número de células pueden ser unicelulares como las levaduras o pluricelulares como los mohos.

Virus

Los virus son partículas microscópicas de estructura muy sencilla. No tienen estructura celular ya que carecen de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo; presentan dos fases:

Fase extracelular. Se encuentran fuera de la célula y son totalmente inertes, son denominados viriones o partículas víricas.

Fase intracelular. Se adhieren a la superficie celular e introducen su genoma al interior del hospedador. Así se pueden reproducir, ya que el genoma vírico es capaz de replicarse y dirigir la síntesis de cubiertas de menos virus utilizando la materia, la energía y el sistema enzimático.

Los virus se clasifican según el hospedador al que parasiten, según el tipo de material genético o la forma de la cápsula proteica.

Estructura de los virus (3 elementos)

Genoma vírico. Es una o varias moléculas de ADN o ARN, nunca los dos ácidos juntos. Pueden ser monocatenarios o bicatenarios, y circular o abierta.

Cápsida. Cubierta proteica que envuelve al genoma vírico y protege al ácido nucleico. En los virus carentes de membrana reconoce los receptores de membrana de las células hospedadoras. El conjunto del genoma y la Cápsida se denomina nucleocápsida. La cápsida está formada por capsómeros que son proteínas globulares que dependiendo de su disposición forman: Cápsida icosaédrica si es la unión de uno o dos tipos de capsómeros; cápsida helicoidal y cápsida compleja como la de los bacteriófagos que posee dos partes, una cabeza de tipo icosaédrico que contiene el ácido nucleico y una cola por la que inyecta el ácido nucleico en la bacteria. En la base de la cola hay una placa basal que posee espinas y es a la que se unen fibras caudales.

Cubierta membranosa. Envoltura que rodea la nucleocápsida, compuesta por bicapa lipídica procedente de la célula hospedadora. Su función es reconocer a la futura célula e inducir la penetración del virión en ella.

Ciclo de los virus

Los virus presentan mecanismos que los permiten reproducirse dentro de la célula desarrollando un complejo ciclo vital en el que se obtienen la energía y la materia necesaria para sintetizar nuevos ácidos nucleicos y capsómeros. Puede desarrollarse de dos formas: el ciclo lítico que lo realiza el bacteriófago T4 y el ciclo lisogénico propio de los virus atenuados.

Ciclo lítico

Conduce a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora tiene varias fases:

Fase de fijación o adsorción. Gran especificidad entre virus y células hospedadoras. Existen diversas moléculas que actúan como receptores para la adhesión de los viriones. En esta fase se fijan a través de las puntas de las fibras caudales, mediante enlaces químicos y posteriormente de forma mecánica, clavando las espinas basales en la pared bacteriana.

Fase de penetración. El bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisozimas situadas en la placa basal, luego contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orifico perforado, con lo que el genoma vírico pasa al citoplasma bacteriano.

Fase de eclipse. Es la etapa con mayor actividad metabólica inducida por el ADN viral. Inicialmente se transcribe a ARNm viral que sirve de base para la síntesis de proteínas del virus como los capsómeros, o enzimas endonucleasas y endolisinas. El ADN vírico sufre múltiples procesos de replicación utilizando apra ello las enzimas bacterianas.

Fase de embalaje. Los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas mientras que las nuevas moléculas de ADN vírico se pliegan y penetran en la cápsida.

Fase de lisis o liberación. Debido a las enzimas se produce la lisis de la bacteria y salen los viriones formados al exterior para infectar otras células.

Ciclo lisogénico

Los virus atenuados inyectan su genoma en la célula el cual se incorpora en el ADN de la célula. El ADN profago permanece latente hasta la llegada de un estímulo que induce la sepración de ambos ADN produciendo así que el ADN profago inicie un ciclo lítico desde la fase de eclipse. Mientras que la célula posea el ADN profago será inmune a este virus, heredándose porque el ADN profago se reproduce junto con el ADN celular.

Viroides y priones

Los viroides son pequeñas moléculas de ARN de forma circular y monocatenaria, sin ningún tipo de cubierta que infecta a células vegetales. Causa una disminución en el crecimiento y un desarrollo anormal de la célula.

Los priones son proteínas con la misma secuencia de aminoácidos que una proteína normal pero con forma especial distinta, son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar su forma. Son proteínas de membrana en las neuronas por lo que conllevan enfermedades neurovegetativas. Los priones son resistentes a tratamientos físicos y químicos, por lo que no existe ningún sistema para combatirlos.

Tema 14. Proceso inmunitario.

La inmunidad es el estado de invulnerabilidad a una determinada enfermedad infecciosa. Sus características son: Especificidad puesto que los antígenos provocan una respuesta específica que supone una interacción entre receptores específicos y memoria, ya que la inmunidad a determinada enfermedad infecciosa tiene memoria en el animal, manteniéndose un cierto tiempo.

Los animales pueden adquirir inmunidad de manera natural y artificial, de manera natural pueden hacerlo de dos formas según la procedencia de los anticuerpos:

Activa. Son los propios mecanismos inmunológicos del animal los que logran la inmunidad, cuando el sistema se ve expuesto a un microbio el sistema genera anticuerpos que circulan por la sangre.

Pasiva. Los anticuerpos son producidos por el propio individuo pero adquiriéndolos del exterior como es el caso del feto en el vientre materno.

La inmunidad, como ya hemos visto, también puede ser artificial utilizándose dos sistemas:

Vacunación. Método preventivo de inmunidad activa porque introducen microbios muertos o atenuados para que el cuerpo produzca anticuerpos contra él y perduren en el organismo.

Sueroterapia. Tratamiento de inmunidad pasiva con duración limitada. Se proporcionan los anticuerpos específicos para los antígenos que producen la enfermedad; éstos se obtienen mediante técnicas de clonación de linfocitos. Este tratamiento sólo se realiza cuando es de extrema necesidad porque el paciente puede presentar respuestas inmunológicas.

El sistema inmunitarioEl sistema inmunitario está formado por el conjunto de células, tejidos y moléculas implicados en los procesos inmunitarios. Se caracterizan por su capacidad de reconocimiento de moléculas extrañas al organismo -antígenos-, lo que desencadena una serie de procesos celulares y moleculares que las neutralizan o destruyen. Este proceso recibe el nombre de respuesta inmunológica y puede ser de dos tipos: celular realizada por células y humoral realizada por anticuerpos; ambas respuestas se relacionan con los linfocitos.

Los linfocitos se encuentran en la sangre y en la linfa, hay dos tipos según el tipo de respuesta.

Linfocitos B. Son los responsables de la inmunidad humoral. Se forman en la médula ósea de los mamíferos, y en la Bolsa de Fabricio de las aves. Presentan anticuerpos o receptores en la membrana plasmática que reaccionan con antígenos específicos d microorganismos. Al activarse se convierten en células plasmáticas con un gran retículo endoplasmático que produce anticuerpos libre específicos.

Linfocitos T. Son los que intervienen en la inmunidad celular. Maduran en el timo y no producen anticuerpos libres. En la superficie de su membrana hay receptores de antígenos que son macromoléculas constituidas por dos cadenas proteicas unidas a proteínas. Hay tres tipos de linfocitos T: El linfocito T citotóxico que son los que destruyen las células infectadas por virus o bacterias patógenas mediante la liberación de citotoxinas; linfocitos T colaboradores que se encargan de activar a los linfocitos B y de iniciar la proliferación de los citotóxicos; y por último están las células asesinas que son quienes se encargan de destruir alguno tipos de células.

Los órganos linfoides son los órganos relacionados con la formación, maduración o acumulación de linfocitos. Hay dos tipos:

Órganos linfoides primarios. Son aquellos en los que se produce la maduración definitiva de los linfocitos como la médula ósea roja que se encuentra en el interior de los huesos planos como en los del cráneo o de los huesos cortos. En dicha médula se encuentran las células madres, la precursoras de linfocitos, éstas pueden madurar en la propia célula transformándose en linfocitos B o salir de la médula. También otro es el timo que es un órgano extremadamente importante para el desarrollo de los linfocitos T que se encuentra algo atrofiado en los adultos.

Órganos linfoides secundarios. Son aquellos en los que se producen las interacciones necesarias, para las activaciones celulares específicas, de modo que, los linfocitos puedan reaccionar con los antígenos específicos. Son el bazo, los ganglios linfáticos y el tejido linfoide difuso.

Antígenos

Un antígeno es toda aquella sustancia que es capaz de desencadenar una respuesta inmunitaria, hay tres tipos: heteroantígenos, (moléculas externas al organismo), isoantígenos (moléculas de otro individuo de la misma especie), y autoantígenos (moléculas del propio individuo).

Estructura

En el antígeno existe una parte llamada determinante antigénico, que corresponde a la zona en la cual se unen específicamente los receptores de membrana de los linfocitos y los anticuerpos. En los antígenos proteicos, el determinante suele estar formado por cuatro o cinco aminoácidos, según el número hay dos tipos: univalente (un solo determinantes antigénico, solo se le puede unir un anticuerpo), y polivalente (que son varios determinantes antigénicos, así que se puede unir a varios anticuerpos iguales o diferentes).

Anticuerpos

Son proteínas de las globulinas que se unen específicamente a los antígenos. Por sus propiedades inmunológicas reciben el nombre de inmunoglobulinas, son producidos por linfocitos B, y su difusión se realiza por la sangre, la linfa, los líquidos intersticiales y las secreciones donde llevan a cabo su acción.

Según su localización pueden dividirse en anticuerpos de superficie, receptores de antígenos, que quedan adheridos a la membrana plasmática del linfocito B y anticuerpos libres circulantes en la sangre, que son segregados al exterior de la célula, donde pueden llegar a constituir el 20% de la masa total de las proteínas del plasma sanguíneo.

Estructura

La básica está integrada por cuatro cadenas polipeptídicas: dos pesadas y dos ligeras, que se combinan para formar una molécula tridimensional en forma de Y. Se pueden diferenciar varias zonas:

Cadenas ligeras. Dos idénticas que poseen 200 aminoácidos por cadena; tiene una porción variable y otra constante.

Cadenas H o pesadas. Hay dos idénticas, tienen 400 aminoácidos por cadena, presentan moléculas de oligosacáridos ligadas a ellas una Proción variable y otra constante.

La cadena H y la L están unidas por puentes de disulfuro.

Brazos. Hay dos y cada uno con una cadena ligera y otra pesada, ambos poseen un –NH2 terminal.

Bisagra. En la base de los brazos de las cadenas H hay aminoácidos que permiten la movilidad a los brazos.

Tallo. Formado por parte de las dos cadenas pesadas con el radical –COOH terminal.

Se pueden distinguir dos regiones según sus componentes:

Porción variable. Son los extremos aminados de la H y la L. Cada tipo de anticuerpo tiene una secuencia diferente, estas porciones son los puntos de unión a los antígenos.

Porción constante, corresponde al resto de las cadenas H y L y carece de la propiedad de unirse a los antígenos.

Respuesta inmune o memoria inmunológica

La detección de moléculas extrañas de tipo inmunológico, pone en marcha todo el mecanismo de proliferación, y maduración de células inmunocompetentes, y de producción de anticuerpos. Este proceso se denomina respuesta inmune y se conocen dos tipos:

Respuesta inmune primaria. Se produce ante el primer contacto con el antígeno. Al cabo de varios días empieza a aparecer anticuerpos, cuya producción va en aumento exponencial hasta una fase estacionaria, tras la cual empieza a declinar. Tras varias semanas, estas inmunoglobulinas son casi imperceptibles en la sangre.

Respuesta inmune secundaria. Si el sistema detecta por segunda vez la presencia del mismo antígeno, origina una respuesta distinta de la anterior, ya que hay menor retraso entre la entrada del antígeno y la aparición del anticuerpo, además su producción es más rápida, este tipo de respuesta indica la existencia de una memoria inmune.

Reacción antígeno anticuerpo

Los anticuerpos al reconocer los antígenos se unen a ellos a través de enlaces de Van der Waals en una reacción denominada antígeno-anticuerpo. Esta unión no establece ningún enlace covalente por lo que es reversible. Ag + Ac <----> AgAc

La reacción se desplaza hacia un lado o hacia otro según las concentraciones. La afinidad de un anticuerpo por un antígeno está definida por la intensidad de las interacciones que se establecen entre ellos. Dicha reacción es altamente específica: un anticuerpo puede reconocer entre una multitud de determinantes antigénicos únicamente aquellos que le sean complementarios.

Tema 15. Anomalías del sistema inmunitario.

El sistema inmunológico de un animal es capaz de reconocer las moléculas de su propio cuerpo y distinguirlas de aquellas que son extrañas, produciendo anticuerpos contra esta última; sin embargo, a veces el sistema inmunológico fabrica anticuerpos contra elementos del propio organismo, esto se debe a la autoinmunidad. La autoinmunidad es un fallo del sistema inmunológico que consiste en la incapacidad de reconocer como propias las moléculas de tu organismo, dando lugar a enfermedades autoinmunes en las que se generan anticuerpos y linfocitos autoreactivos. Las moléculas que provocan la autoinmunidad se denominan autoantígenos.

La hipersensibilidad es la reacción excesiva del sistema inmune de un animal ante la exposición de un antígeno poco peligroso. El término alergia es utilizado comúnmente para referirse a reacciones de hipersensibilidad mientras que el alérgeno es el antígeno que lo provoca. El animal que se somete por primera vez a un alérgeno y presenta hipersensibilidad se llama alérgico, pero hay dos tipos: si los efectos nocivos salen a los pocos minutos del contacto se llama hipersensibilidad inmediata y si es al cabo de horas o días se llama hipersensibilidad retardada.

La inmunodeficiencia es la incapacidad del sistema inmunitario de actuar contra las infecciones bacterianas, los inmunodeficientes presentan síndromes de inmunodeficiencia.

La inmunodeficiencia primaria es una anomalía de tipo genético; sus síntomas son ciertas enfermedades infecciosas graves de tipo repetitivo que aparecen en el niño desde el nacimiento o desde los pocos meses de edad. Se deben a varias causas así como defectos en los linfocitos B, anomalías en los linfocitos T, fallos en la síntesis de proteínas o desarrollo anormal de los órganos linfoides.

La inmunodeficiencia adquirida se alcanza con la posterioridad al nacimiento tras una infección microbiana o a partir de enfermedades autoinmunes como por ejemplo el cáncer que afecta a las células u órganos del aparato inmunológico así como la leucemia.

El sida es una enfermedad grave producida por un virus (VIH) que ataca a las células del sistema inmunológico reduciendo su capacidad y provocando su destrucción.

El rechazo

Cuando se trasplanta un órgano se producen una serie de fenómenos en la persona receptora que pueden conducir a que el injerto sea rechazado. El rechazo está determinado por la relación genética entre el donante y el receptor. La causa es la puesta en marcha del sistema inmunológico del receptor al reconocer moléculas extrañas. El grado depende de la procedencia del trasplante, pues no hay ningún tipo de rechazo si la constitución genética es igual (autoinjertos/isoinjertos) ni tampoco lo hay si son trasplantes de tejidos sin irrigación sanguínea, como es el caso de la córnea puesto que las células extrañas no se ponen en contacto con las inmunes del receptor y no se desencadena ninguna reacción inmunológica.