Libro Biología Común PPVJ 2017 - Mitchell Comte C

PREUNIVERSITARIO POPULAR VÍCTOR JARA

ÁREA BIOLOGÍA

BIOLOGÍA COMÚN SEGUNDA EDICIÓN

Autores: MITCHELL COMTE C.

RAFAEL ESCOBAR M.

CLAUDIO FRÍAS J.

PAULINA GÓMEZ S.

Primera Revisión: MITCHELL COMTE C.

CLAUDIO FRÍAS J.

PAULINA GÓMEZ S.

FELIPE VALENZUELA LL.

“¡Canto que mal me sales

Cuando tengo que cantar espanto!

Espanto como el que vivo

como el que muero, espanto.

De verme entre tanto y tantos

momentos del infinito

en que el silencio y el grito

son las metas de este canto”

Víctor Jara Asesinado el 16 de septiembre de 1973

Área Biología Preuniversitario Popular Víctor Jara

2

Bienvenida.

La Biología es una ciencia cuyo objeto de estudio es diverso y complejo, el cual se organiza en

diferentes ramas o disciplinas como la biología celular, fisiología, anatomía, ecología, entre

muchas otras. En las páginas siguientes te encontrarás con un libro elaborado por profesionales y

estudiantes de las diferentes áreas del conocimiento, como lo son la biología, química, enfermería,

medicina, entre otros. Cada vez que acudas a este texto recuerda que dentro de cada palabra u

oración lleva incluido, implícitamente, los buenos deseos de los autores para con sus lectores.

Este libro y preuniversitario en sí, nacen de la necesidad de acortar la brecha social que existe en

cuanto al ingreso a las Universidades Chilenas. Somos conscientes que son muchos los factores

que pudiesen estar en vuestra contra, pero afortunadamente hemos sido fieles testigos de

alumnos que, pese a todas las dificultades, se han superado enormemente y han logrado llegar a

la meta que se propusieron (ingresar a la carrera en la universidad que ellos deseaban).

Recuerda que el texto y tus profesores forman parte del 20% de tu éxito, el otro 80% es

completamente personal y requiere de tenacidad y perseverancia.

“El genio es resultado de 1% de inspiración y de un 99% de transpiración”. -Thomas Edison-

Agradecimientos:

A nuestros maestros y alumnos, a quienes por años les hemos dedicado nuestro tiempo y

conocimientos y de quienes seguimos aprendiendo cada día más.

Y a nuestras familias, por su apoyo, ánimo y amor incondicional.


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Acerca de los autores

Mitchell Comte C.

Estudiante de V año de Enfermería, Universidad de Santiago de Chile.

Ayudante de Biología y Fisiología Humana, Universidad de Santiago de Chile.

Tutor de Biología (2013 - 2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Coordinador Área Biología (2015 - 2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Rafael Escobar M.

Estudiante de II año de Medicina, Universidad Diego Portales.

Ex-estudiante de Enfermería (2015), Universidad de Chile.

Tutor de Biología (2015-2017) y Química (2016-2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Coordinador Área Química (2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Claudio Frías J.

Licenciado en Ciencias mención Biología, Universidad de Chile.

Licenciado en Pedagogía en educación media, Universidad de Chile.

Tutor de Biología (2013 - 2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Coordinador Área Biología (2015 - 2017), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Paulina Gómez S.

Licenciada en Química Ambiental, Universidad de Chile.

Tutora de Biología (2012 - 2016), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Coordinadora Área Biología (2013 - 2014), Preuniversitario Popular Víctor Jara.

Preuniversitario Popular Víctor Jara,

Primera edición año 2016 ©.

Segunda edición 2017©


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Contenido Contenido ...................................................................................................................................... 4

Unidad 1: Organización, estructura y actividad celular .................................................................. 6

Capítulo 1: Niveles de organización de la materia ....................................................................... 6

Preguntas PSU ..................................................................................................................... 17

Me debería importar: ........................................................................................................... 17

Capítulo 2: Principales elementos que constituyen la materia viva. .......................................... 18

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 24


Capítulo 3: Biomoléculas orgánicas .......................................................................................... 26

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 46


Capítulo 4: Teoría celular y célula ............................................................................................. 48

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 52

Capítulo 5: Las células Procariontes y Eucariontes: ................................................................... 54

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 64


Capítulo 6: La membrana plasmática ........................................................................................ 66


Preguntas PSU ...................................................................................................................... 76

Capítulo 7: Respiración celular ................................................................................................. 78

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 86

Capítulo 8: Material genético y Mutaciones ............................................................................. 88

Preguntas PSU ...................................................................................................................... 98


Capítulo 9: El ciclo celular ....................................................................................................... 100

Preguntas PSU .................................................................................................................... 107

Capítulo 10: Cáncer y Clonación ............................................................................................. 108

Preguntas PSU .................................................................................................................... 121

Me debería importar: ......................................................................................................... 121


5

Capítulo 11: Meiosis ............................................................................................................... 122

Preguntas PSU .................................................................................................................... 132

Capítulo 12: Gametogénesis ................................................................................................... 134

Preguntas PSU .................................................................................................................... 141

Unidad 2: Herencia y evolución .................................................................................................. 142

Capítulo 13: Genética Mendeliana ......................................................................................... 142


Preguntas PSU .................................................................................................................... 156

Unidad 3: Procesos y Funciones Vitales ...................................................................................... 158

Capítulo 14: Sistema Endocrino .............................................................................................. 158

Preguntas PSU .................................................................................................................... 184


Capítulo 15: Hormonas y sexualidad humana. ........................................................................ 186

Preguntas PSU .................................................................................................................... 199


Capítulo 16: Parto y lactancia ................................................................................................. 200

Preguntas PSU .................................................................................................................... 203

Capítulo 17: Métodos anticonceptivos (MAC) e Infecciones de Transmisión Sexual (ITS) ........ 204

Preguntas PSU .................................................................................................................... 212


Unidad 4: Organismo y ambiente ............................................................................................... 214

Capítulo 18: Flujo de materia y energía en el Ecosistema........................................................ 214

Preguntas PSU .................................................................................................................... 233

Me Debería importar: ......................................................................................................... 234

Capítulo 19: Poblaciones y Comunidad ................................................................................... 236

Me debería importar .......................................................................................................... 244

Preguntas PSU .................................................................................................................... 245

Glosario ..................................................................................................................................... 246

Referencias ................................................................................................................................ 253

Notas/Apuntes ........................................................................................................................... 254


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Figura 1.1. Niveles de organización

Unidad 1: Organización, estructura y actividad celular

Capítulo 1: Niveles de organización de la materia

Objetivos:

- Reconocer los distintos niveles jerárquicos

de organización biológica.

- Identificar los elementos, moléculas y

macromoléculas que constituyen la

materia viva.

- Comprender la conjugación de los

distintos componentes que conforman un

nivel de organización biológica y que lo

diferencia del resto.

Introducción

La infinidad de formas que puede tomar la

vida no es una simple coincidencia, es más bien un

sistema de organización de estructuras

microscópicas y macroscópicas que en la

búsqueda de estabilizarse con el medio dan origen

a lo que llamamos naturaleza.

Los átomos o elementos químicos son los

que ocupan el nivel jerárquico más bajo de la

materia viva, siendo los átomos de Carbono (C),

Hidrógeno (H), Oxígeno (O) y Nitrógeno (N) los

principales constituyentes, también conocidos como

bioelementos primarios o elementos biogénicos.

La conjunción de estos elementos da origen a moléculas como el Agua, Oxígeno molecular,

moléculas orgánicas y un sinfín de compuestos que son imprescindibles para que exista vida. Es así

como el origen de los seres vivos más remotos, como las bacterias, y tan complejos, como el ser

humano, sigue siendo un misterio. Sin embargo se ha podido dilucidar la composición y estructura

de prácticamente todo lo que nos rodea, lo que responde a una complejización de la materia viva

que para nuestra comprensión se ordena en lo que se conoce como jerarquización biológica.

En este capítulo, estudiaremos la progresión biológica desde los primeros átomos hasta la

unidad mínima de vida que es la célula. Veremos sus distintos organelos y las aglomeraciones

celulares que conforman los tejidos. También abordaremos la diversidad de seres vivos que

habitan el planeta Tierra, la interacción que surge entre ellos y con su entorno inanimado.


7

1.1. Jerarquización biológica y propiedades emergentes

Todos los seres vivos están formados por células -pequeños compartimentos rodeados de

una membrana- y llenos de una solución acuosa que se le conoce con el nombre de citosol.

También existen criaturas vivas formadas por una célula (organismos unicelulares) que son las

formas más simples de vida conocidas hasta el momento. Ejemplo de ello, son las bacterias con las

que convivimos diariamente, algunas más ‘amigables’ que otras. Se cree que todas las células que

nos constituyen y que viven hoy en distintos organismos, descienden por evolución mediante

selección natural de una célula ancestral común. La evolución implica dos procesos esenciales: la

aparición de una variación genética que es transmitida de un individuo a sus descendientes y la

selección natural, que corresponde a la información genética que ayude a su portador a sobrevivir

y multiplicarse. No podemos avanzar en los niveles jerárquicos sin comprender el principio central

de la biología que es la evolución. A ella se debe la infinidad de formas que toma la vida y su poder

de colonización en los distintos ambientes.

Figura 1.2. Distintas dimensiones por las que transitaremos en esta unidad, donde se aprecia una relación

directa entre tamaño y complejidad.

A continuación analizaremos detenidamente cada uno de los estadios de la jerarquización

Biológica, esta progresión estructural y funcional puede ayudarnos a responder una pregunta que

más de alguna vez nos hemos planteado: ¿De qué estamos hechos?

1.2. Antes que la vida….

Propiedades emergentes: Se define como propiedad emergente a aquella propiedad o

atributo que surge como resultado de la interacción de todos sus componentes y que no se

reconoce en las propiedades de sus componentes singulares. Para ejemplificar podemos

decir que un individuo no puede describir una tasa de mortalidad, dado que una tasa es el

conjunto de datos que en promedio arroja un valor que corresponde a la cantidad de sujetos

muertos en una población en un determinado lugar y tiempo. Para estos efectos una tasa de

natalidad o de mortalidad son propiedades emergentes de una población, ya que emergen

de un conjunto de individuos, y no las observamos en niveles inferiores.


8

ÁTOMOS

El nivel químico es el nivel de organización más

básico, incluye átomos y moléculas. Un átomo es la unidad

más pequeña de un elemento químico que mantiene las

propiedades características de este elemento. Las

propiedades emergentes de un átomo son aquellas que lo

describen y explican su comportamiento. Así por ejemplo el

Flúor es el elemento más electronegativo de la tabla

periódica y por otra parte el Francio es el que tiene mayor

radio atómico, siendo la electronegatividad y el radio

atómico propiedades exclusivas de este nivel de

organización de la materia.

MOLÉCULA

Los átomos se combinan químicamente

para formar moléculas. Dos átomos de

hidrógeno se combinan con un átomo de

oxígeno para formar una molécula de agua.

Aunque esté compuesta de dos tipos de átomos

que son gases, el agua es un líquido con

propiedades muy diferentes. Así, una molécula

de agua tiene propiedades no comparables con

la suma de las propiedades de sus átomos

constitutivos hidrógeno y oxígeno.

También el oxígeno atómico tiene

propiedades singulares que no se asemejan en

nada con el oxígeno molecular que es el que

respiramos. Podemos decir entonces que el

oxígeno molecular posee propiedades

emergentes que son sinérgicas respecto a las

propiedades del oxígeno atómico, es decir, no

corresponden a la suma de las propiedades

singulares de dos átomos de oxígeno. Un

ejemplo de propiedad emergente a nivel

molecular es la presencia de enlaces.

Figura 1.3. Átomo, presente en

cada uno de los niveles de

organización biológica.

Figura 1.4. Molécula diatómica.


9

MACROMOLÉCULA O BIOMOLÉCULA

Las macromoléculas son asociaciones de moléculas, que

en conjunto forman una estructura mucho más compleja. Es

importante destacar las macromoléculas de importancia

biológica: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos.

Éstas son capaces de cumplir múltiples funciones esenciales para

la célula. Un ejemplo claro de ello es la función energética que

caracteriza a los carbohidratos, o la función de aislantes y reserva

asociada a los lípidos.

Los lípidos son las únicas biomoléculas que no forman

polímeros. Si bien son moléculas de cadenas hidrocarbonadas

bastante largas, no existe una unión entre ellas mediante enlaces

químicos, a diferencia de los carbohidratos, proteínas y ácidos

nucleicos que son producto de una polimerización (unión de

varias moléculas) de sus respectivos monómeros.

AGREGADO MOLECULAR O SUPRAMOLÉCULA

La interacción entre distintas moléculas en

diversas matrices ha configurado este nivel biológico,

claramente superior a una macromolécula, pero

inferior a un ser vivo o a una célula. Existen dos

ejemplos claros de este concepto: por un lado

tenemos a la membrana plasmática, la cual se

compone principalmente de fosfolípidos y proteínas, y

por otra parte tenemos a los ribosomas, orgánulos

formados por ARN ribosomal y proteínas.

Los virus son complejos supramoleculares que

provienen de la integración de un ácido nucleico, una

cápside proteica (envoltura) y en ocasiones envuelto

por una membrana lipídica. Pese a tener una

composición molecular muy compleja y agrupada en

estructuras definidas, un virus no posee las

propiedades emergentes que caracterizan a un ser

vivo, carece de independencia para todo tipo de

reacciones biológicas y necesita de una maquinaria

celular que no le es propia para reproducirse.

Figura 1.5. Ejemplos de estructuras supramoleculares: EL ADN (arriba), un

ribosoma (al medio) y un virus (abajo).


10

1.3. ¿Cuándo hablamos de un ser vivo?

CÉLULA

La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de

organización celular. Llegamos a la primera forma de vida reconocible por sus

propiedades emergentes como:

- Poseer una maquinaria metabólica, que le permite realizar los procesos vitales de

desarrollo, crecimiento y reproducción.

- Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de los

procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica).

- Poseer una membrana plasmática, que delimita al citoplasma, y cuya función principal es

regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio

intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles, (mecanismo de permeabilidad

selectiva).

Figura 1.6. Célula Eucarionte. Organización citoplasmática y organelos.


11

En efecto, llamaremos ser vivo a todo aquel que pueda realizar

por sí solo todos estos procesos bioquímicos y que además su maquinaria

biológica le conceda la capacidad de adaptarse y relacionarse con su

entorno. Pese a que seguimos avanzando en los niveles de organización

biológica, tenemos a lo menos tres aspectos en común con las bacterias y

con otros seres microscópicos con los que cohabitamos el planeta.

Organismos Unicelulares

Las bacterias fueron los primeros seres

vivos que colonizaron el planeta Tierra, siendo

capaces de adaptarse a las condiciones extremas

del clima y a los cambios que ha sufrido su hábitat

a lo largo del tiempo. Son organismos unicelulares

y clasificados como procariontes por tener su ADN

libre en el citoplasma. En cambio, las células

eucariontes contienen su ADN en una estructura

celular llamada núcleo, además de poseer

organelos especializados para cumplir distintas

funciones que suponen una evolución de la célula

desde lo más primitivo a lo más complejo.

Así como las bacterias son seres vivos unicelulares de tipo procarionte, existen muchos

organismos unicelulares eucariontes, donde una célula por sí sola es capaz de satisfacer sus

necesidades y adaptarse sin necesidad de generar aglomeraciones celulares. Esta célula puede

crecer y reproducirse generando nuevas células individuales.

Figura 1.7. Bacteria flagelada. Mide un

micrómetro de longitud.

Figura 1.8. Organismos unicelulares eucariontes. A la

izquierda está el alga unicelular Acetabularia del reino

Protista y a la derecha la Levadura representando al reino

Fungi.


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Organismos Coloniales

Cuando las células, como seres individuales,

deciden reunirse organizadamente para adaptarse mejor

al medio, sin perder su individualidad (cada una de ellas

sigue realizando todas y cada una de sus funciones),

decimos que forman colonias. Las colonias difieren de los

organismos multicelulares auténticos en que las células

individuales preservan un alto grado de independencia.

Frecuentemente están conectadas por cordones

citoplasmáticos que unifican la colonia en grado tal que

puede ser considerada como un sólo organismo.

Organismo Pluricelular

Cuando un agregado de células implica el

término de su individualidad por el bien común

de ellas mismas, hablamos de una estructura

superior, un organismo que puede o no tener sus

tejidos especializados, pero que no puede

prescindir de la unión de sus células ya que

posee una configuración pluricelular. Desde este

momento las células se agrupan en tejidos

especializados y diferentes unos de otros para

cumplir diversas funciones.

Un organismo pluricelular consta de una

organización celular parcelada en tejidos cuya

diferenciación está determinada por la función

de dicho tejido. Esta especialización otorga

ventajas biológicas que se perpetúan en los seres

vivos, lo que vuelve a relacionar la

complejización biológica con la evolución.

Figura 1.9. Obelia forma parte de la fauna marina y constituye

un ejemplo de organización celular colonial. Consiste en un

grupo de hydras individuales que logran unirse físicamente y

obtener provecho de ello. Surge la cooperación y distribución

equitativa de los recursos a nivel celular.

Figura 1.10. Ejemplos de organismos pluricelulares o multicelulares.


13

TEJIDO

Cuando los grupos de células se especializan a

tal punto de diferenciarse en forma y función de otros

grupos celulares, hablamos de tejidos. Los tejidos que

forman un órgano tienen un mismo origen

embrionario y su composición molecular y tisular está

estrechamente asociada a la función que tiene que

cumplir en el organismo pluricelular. En su conjunto

los diversos tejidos de un organismo logran un efecto

sinérgico, dada la especificidad de cada uno de ellos y

la comunicación que logran establecer las células para

responder a un sinfín de estímulos.

Figura 1.12. Ejemplos de tejidos en el cuerpo humano.

Figura 1.11. Eritrocitos en el tejido sanguíneo.


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ÓRGANO

En organismos más complejos, los tejidos se organizan en

estructuras funcionales denominadas órganos, como el corazón, el

estómago en animales, y raíces y hojas en plantas.

SISTEMA

Se define sistema como un conjunto de órganos y

estructuras análogas, que trabajan en conjunto, para cumplir

múltiples funciones.

Por ejemplo, el sistema cardiovascular, está formado por órganos y

estructuras como el corazón, sangre y vasos sanguíneos; mientras

que el sistema óseo está compuesto por un tipo de tejido conectivo

o conjuntivo especializado que forma los huesos.

ORGANISMO COMPLEJO

Funcionando conjuntamente y con gran precisión,

los sistemas constituyen un organismo complejo

multicelular. Es un conjunto de estructuras ya

descritas, como átomos, moléculas y millones de células que

conforman distintos sistemas de relación con el exterior, lo que hace

posible la recepción de estímulos, responder ante ellos y mantener la

homeostasis o el equilibrio necesario para el normal funcionamiento

de toda esta gran maquinaria biológica.

Lectura complementaria

La especie es un grupo de organismos con una estructura, función,

comportamiento similar y el atributo de generar descendencia

fértil. Los biólogos han identificado alrededor de 1.8 millones de

especies de organismos existentes (actualmente vivos) y estiman

que aún quedan varios millones más por descubrir.

Figura 1.13. El corazón presenta un conjunto de tejidos, organizados en

capas: el endocardio, miocardio y pericardio. Los huesos en su conjunto

conforman el sistema esquelético


15

1.4. Los seres vivos y sus interacciones

POBLACIÓN

La interacción entre dos o más organismos de la

misma especie construye un nivel jerárquico superior

donde las propiedades emergentes ya no son las

propiedades del individuo si no las de un conjunto de

organismos que al ser de la misma especie forman una

población.

Dos organismos no forman parte de una población

si no se encuentran en la misma zona geográfica y en el

mismo tiempo, es decir, es necesario que formen parte

del mismo espacio y que haya interacción, por eso se dice

que son simpátricos cuando son capaces de encontrarse

entre ellos.

Los miembros de una población contribuyen a un acervo genético común (todos los genes presentes en la población) y por ende, comparten un ancestro común.

Figura 1.14. Bosque de Araucarias. Población de plantas de la misma especie endémicas de Chile.


16

Figura 1.18. Biósfera, componente

biológica del planeta Tierra.

Figura 1.15. Comunidad biológica o Biota.

COMUNIDAD O BIOCENOSIS

Las poblaciones de diversos tipos de

organismos que habitan en un hábitat en particular

e interactúan entre sí forman una comunidad o

biocenosis.

Una comunidad puede estar compuesta de

cientos de tipos diferentes de organismos, ya que

las poblaciones dentro de la comunidad

evolucionan, es decir, la comunidad cambia.

Dentro de una comunidad se pueden

formar nuevas categorías de seres vivos, tales

como: zoocenosis, fitocenosis y microbiocenosis.

ECOSISTEMA

Una comunidad (componente biótico) junto con su

entorno inanimado, o biotopo (componente abiótico), es un

ecosistema. Un ecosistema puede ser tan pequeño como un

pozo de agua estancada o tan amplio como un bosque siempre

verde o las dunas costeras.

BIOMA

Avanzando por los distintos niveles jerárquicos,

llegamos al Bioma, que corresponde a un conjunto de

ecosistemas de una zona biogeográfica en la que se

comparten características como el clima, la flora, fauna,

latitud y precipitaciones. Ejemplos de biomas pueden ser:

Selva tropical, Sabana, Estepa, Bosque templado, Tundra,

entre otros.

BIÓSFERA Todos los ecosistemas de la tierra conforman la biósfera.

La biósfera incluye todas las partes de la tierra que están

habitadas por organismos vivos: la atmósfera, la

hidrósfera y la litósfera (corteza terrestre). Es el conjunto

de seres vivos que habitan el planeta Tierra y sus

interacciones.

Figura 1.17. Los biomas condicionan

la comunidad biológica del lugar.

Figura 1.16. Ecosistema, flujo de energía y materia.


17

Preguntas PSU

Me debería importar: Mientras esperaba en una parada del Transantiago, Joselyn oyó por

casualidad este argumento: “Es paranoico e ignorante preocuparse acerca de que la industria o la

agricultura contaminan el ambiente con sus desechos químicos. Después de todo, este material

está compuesto de los mismo átomos que estuvieron presentes siempre en nuestro entorno”.

¿Cómo podrías refutar este argumento?

1. Entre los niveles de organización de los seres vivos, es

correcto afirmar que el nivel que está incorporado en los

otros cuatro es el indicado con el número

A) 1.

B) 2.

C) 3.

D) 4.

E) 5.

2. El nivel de organización denominado célula precede al de: A) Tejido. B) Órgano. C) Molécula. D) Población. E) Macromolécula.

3. ¿Cuál(es) de las siguientes es (son) una propiedad emergente del nivel organelo?

I) Síntesis de proteínas. II) Digestión celular. III) Acción catalítica.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo I y II. D) Sólo II y III. E) I, II y III.

4. ¿Cuál de las siguientes entidades ecológicas incluye a las otras cuatro? a) Población.

b) Especie biológica.

c) Medio abiótico.

d) Comunidad biótica.

e) Ecosistema. 5. El concepto de ecosistema se refiere A) Al número de individuos de una especie que habita un área determinada.

B) Al número de especies que habita un área determinada.

C) A un sistema interactivo que comprende la comunidad y su ambiente físico.

D) A una comunidad que habita un área determinada.

E) A la asociación de diferentes especies que coexisten en un hábitat determinado con algún grado de independencia. 6. ¿Cuál de las siguientes opciones es la secuencia correcta de los niveles de organización de la materia viviente? A) Población- ecosistema- bioma- comunidad-biósfera.

B) Población- comunidad- ecosistema- bioma- biósfera.

C) Bioma- población- comunidad- ecosistema- biósfera.

D) Ecosistema- comunidad- bioma- población- biósfera.

E) Comunidad- población- ecosistema- bioma- biósfera.


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Capítulo 2: Principales elementos que constituyen la materia viva.

Objetivos:

- Reconocer los principales elementos que componen la materia viva.

- Valorar la importancia de las biomoléculas inorgánicas en el organismo.

- Analizar de manera porcentual la composición química de un ser vivo.

Introducción

De los 100 elementos químicos presentes en la

corteza terrestre solamente 22 forman parte de los seres

vivos. Los cuatro elementos más importantes en la corteza

terrestre son el oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro. En

contraste, los cuatro elementos más abundantes en los

organismos vivos son el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el

nitrógeno, los que constituyen más del 95% de la masa de

muchas células.

Figura 2.1. Abundancia relativa de los elementos químicos encontrado en la corteza terrestre comparada

con la encontrada en los tejidos blandos de los organismos vivos. La abundancia relativa se expresa como

el porcentaje del número total de átomos presentes. Así, por ejemplo, aproximadamente cerca del 50%

de los átomos encontrados en los organismos vivos son átomos de hidrógeno.

Desafío: Mirando el gráfico de la figura 2.1, establece cuáles son los tres elementos más

abundantes de la corteza terrestre y de un ser vivo. En base a esto, explica las diferencias

entre un ser vivo y su entorno inanimado.


19

Si lo analizamos desde el punto de vista del peso del elemento presente en el organismo,

los porcentajes varían puesto que no es la abundancia sino su porcentaje del peso corporal lo que

cobra relevancia en el siguiente gráfico.

2.1. Biomoléculas inorgánicas El Agua

En los seres vivos, el agua es la sustancia

más abundante. En los animales representa cerca

del 60% del peso, mientras que en las plantas

puede llegar incluso a un 90% de la masa total. La

importancia del agua no radica solamente en su

abundancia, sino que también en las propiedades

que presenta. Para entender las propiedades del

agua es necesario conocer algunas características

de las moléculas del agua que se muestran a

continuación.

Figura 2.2. Distribución porcentual del peso de los elementos en el organismo.

Figura 2.3. Porcentaje de agua en diferentes organismos.

Desafío: Visto desde el espacio nuestro planeta es azul, eso es porque un 70% de su superficie terrestre es agua. No obstante apenas un 2,5% de toda el agua del mundo es agua dulce, y de ésta, casi 80% está encerrada en capas de hielo y glaciares, y la mayor parte del resto se encuentra bajo tierra, en suelos y rocas. Apenas 1% de toda el agua sobre la Tierra está a fácil disposición para nuestro uso. Considerando la información anterior ¿Consideras importante el uso mesurado de este recurso vital (el agua)? ¿Qué harías tú para contribuir al uso racional de este recurso?


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Tabla 2.1. Algunas propiedades del agua.

Propiedad Características

Solvente universal Puede disolver todas aquellas

moléculas que son hidrofílicas,

es decir, aquellas que

presentan carga eléctrica o que

son polares. Las moléculas que

no tienen carga o que son

apolares, como las grasas y los

aceites, no se disuelven en

agua, y en consecuencia se

denominan como hidrofóbicas.

Alto calor de vaporización

Calor necesario para evaporar

el agua y enfriar el cuerpo de

un organismo, a través de la

transpiración.

Alto calor específico

Energía necesaria para elevar

en 1°C la temperatura de un

gramo de agua. Capacidad de

absorber grandes cantidades

de calor antes de modificar su

temperatura.

Alta densidad Densidad del agua líquida: 1

g/cc; densidad del agua sólida:

0,9 gramos/cc. Esto permite

que el hielo flote sobre al agua

líquida, retardando el

congelamiento de lagos,

lagunas y ríos.

Alta tensión superficial

Corresponde a la resistencia

que ofrece la superficie del

agua.

Desafío: Explica en tu cuaderno cuál es la importancia biológica que tiene cada una de las

propiedades del agua en nuestro organismo. Por ejemplo, el alto calor específico del agua funciona como regulador térmico manteniendo la temperatura corporal a unos 36°C.


21

2.1.2 Sales minerales y su efecto fisiológico.

Los elementos son sustancias que no se pueden dividir en sustancias más simples por medio de reacciones químicas ordinarias. Como vimos anteriormente, sólo cuatro elementos: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, son responsables de más del 96% de la masa de la mayoría de los organismos.

Otros, tales como calcio, fósforo, potasio

y magnesio, están también presentes, pero en

cantidades más pequeñas. Algunos elementos,

como el yodo y cobre, se conocen como

oligoelementos, ya que sólo son necesarios en

cantidades del orden de los ppm (partes por

millón).

Figura 2.4. Mapa conceptual de las sales minerales

y su participación en el organismo, y la

distribución porcentual de las biomoléculas en

nuestro organismo.

Figura 2.5. Las frutas y verduras son los alimentos más ricos en sales minerales.


22

Tabla 2.2. Macroelementos y sus efectos fisiológicos.

Elemento Efecto fisiológico Síntomas de deficiencia Fuente en la dieta

Sodio (Na+) Participa en la conducción del impulso nervioso. Equilibrio de agua corporal (alto potencial osmótico). Regula la presión sanguínea y la volemia.

Baja la presión sanguínea.

Pérdida del apetito.

Pulso rápido, calambres.

Sal de mesa y, en general, en todos los alimentos.

Calcio (Ca+2) Participa en la formación y mantención de huesos y dientes. Contracción muscular. Coagulación sanguínea. Sinapsis neuronal.

Raquitismo u osteoporosis. Convulsiones. Alteraciones del crecimiento.

Leche y sus

derivados,

vegetales verdes

oscuros.

Fósforo (P) Componente de los ácidos

nucleicos y de los fosfolípidos de las membranas; importante en las reacciones de transferencia de energía; componente estructural de los huesos.

Alteraciones óseas, alteración en la contracción muscular, descalcificación.

Pescado, carne, leche, huevo, cereales integrales, frutos secos.

Potasio (K+) Participa en la conducción del impulso nervioso. Regula el ingreso de agua y nutrientes a la célula. Mantiene la función cardíaca y muscular.

Debilidad muscular.

Nauseas, vómitos, diarreas.

Carne, leche, frutas (plátano).

Azufre (S) Componente de la mayoría de las proteínas, hormonas y vitaminas. Participa en el metabolismo de grasas e hidratos de carbono.

Problemas en el desarrollo del crecimiento y a nivel de síntesis de proteínas.

Carne, pescado, huevo, leche, ajo y cebolla.

Magnesio (Mg+2)

Necesario en la sangre y en otros tejidos animales. Participa como cofactor enzimático en muchas enzimas y es componente de la clorofila en plantas.

Dolores articulares, problemas osteomusculares como la artritis; taquicardia y dolor de cabeza.

Frutas y verduras, frutos secos, legumbres y productos de soya.

Cloro (Cl-) El ion cloruro (Cl−) es el principal ion negativo (anión) en el líquido intersticial de animales; importante en el balance de agua; forma parte del ácido clorhídrico que participa en la digestión; esencial para la fotosíntesis.

Pérdida del apetito. En exceso puede producir retención de líquido y alteraciones neuromusculares.

Sal de mesa, agua clorada.


23

Tabla 2.2. Macroelementos y sus efectos fisiológicos (continuación).

Elemento Efecto fisiológico Síntomas de deficiencia Fuente en la dieta

Hierro (Fe+2)

Constituyente de la hemoglobina y enzimas que participan en el metabolismo energético. Transporte de oxígeno a través de la hemoglobina.

Anemia y fatiga. Huevos, carnes (hígado), leguminosas y vegetales como la acelga y espinaca.

Cobalto (Co)

Componente de la Vitamina B12 que es importante para el metabolismo, formación de glóbulos rojos y mantenimiento del sistema nervioso central.

Anemia, fatiga, pérdida de equilibrio, hormigueo y entumecimiento de manos y pies.

Carne (hígado), marisco, huevo productos lácteos.

Cobre (Cu+2)

Componente de las enzimas oxidativas responsables de la cadena respiratoria mitocondrial, presente en la interunión de la elastina.

Anemia, alteraciones en la osificación generando osteoporosis.

Vísceras, carne, mariscos, frutos secos, legumbres, frutas y verduras, cacao y productos de soya.

Cromo (Cr) Potencia la acción de la insulina mejorando la tolerancia a la glucosa y aminoácidos, contribuye al metabolismo de proteínas, carbohidratos y lípidos.

Alteración de la tolerancia de la glucosa, diabetes mellitus, disminución de la fertilidad y número de espermatozoides, neuropatía periférica, hiperlipidemia.

Levadura de cerveza, cereales integrales, aceite de maíz, pollo, carne, leche, pan, granos.

Flúor (F-) Mantención de dientes. Fortifica los dientes y huesos.

Caries dental, potencial riesgo de osteoporosis.

Agua potable fluorada, cremas dentales, mariscos, carnes, verduras, frutas.

Manganeso (Mn+2)

Componente de enzimas antioxidantes, ayuda a disminuir el estrés oxidativo, ayuda al metabolismo de carbohidratos, lípidos y glucoproteínas, ayuda a regular la coordinación y reflejos neuromusculares.

Defectos del crecimiento y desarrollo óseo, alteración de la síntesis y metabolismo de la insulina, hígado graso, ataxia.

Avena, avellana, castaña, almendras, nuez, maní, pan de centeno, arroz perejil, espinaca fresca, lechuga.

Yodo (I-) Componente de las hormonas tiroídeas, ayuda al crecimiento y desarrollo. Ayuda a regular el metabolismo y la agilidad mental.

Bocio por hiperplasia de la glándula tiroides, aborto y anomalías congénitas, aumento del riesgo de mortalidad perinatal, defecto del desarrollo mental, sordera, apatía, hipotiroidismo, mixedema, deficiencias psicomotrices.

Pescados, mariscos, algas, sal yodada.


24

Preguntas PSU

Me debería importar: La agricultura, la industria y las poblaciones crecientes de las ciudades

compiten todas, a través de las influencias políticas, por el agua. Si usted estuviera a cargo de los

recursos hídricos en una región árida, ¿cuáles serían sus prioridades para destinar el suministro de

agua limitada para varios usos? ¿Cómo trataría usted de construir un consenso entre los grupos

con intereses diferentes?

1. De los elementos de la corteza terrestre, el más abundante es: A) Oxígeno. B) Carbono. C) Silicio. D) Nitrógeno.

E) Hidrógeno. 2. Los bioelementos primarios forman aproximadamente el: A) 95% de la corteza terrestre. B) 4,5 % de la biósfera. C) 0,5 % de la materia viva. D) 95% de la materia viva. E) 50% de la materia del universo. 3. El agua es el vehículo de transporte que permite la circulación de sustancias en el interior del organismo. La propiedad de este compuesto que mejor explica este concepto es: A) Su baja densidad. B) Gran tensión superficial. C) Elevado calor específico. D) Elevada capacidad disolvente. E) Gran fuerza de cohesión molecular.

4. De los siguientes elementos el que se podría

clasificar como oligoelemento es:

I) Cloro.

II) Sodio.

III) Manganeso.

A) Solo I.

B) Solo II.

C) Solo III.

D) Solo I y II.

E) Solo I y III.

5. Al colocar un trozo de plumavit, sobre un recipiente con agua, y al colocar otro trozo en un recipiente con agua con sal; en el primer recipiente la plumavit flota, pero en el segundo se hunde. La propiedad del agua que se pierde en el segundo recipiente es: A) Solvente universal. B) Alto poder de vaporización. C) Alto calor específico. D) Alta tensión superficial. E) Alta densidad.

6. Sobre el Sodio (Na+) podríamos afirmar

correctamente que:

I) Regula la volemia.

II) Regula el equilibrio osmótico.

III) Es el principal catión del medio

extracelular.

IV) Regula la presión arterial.

A) Sólo I.

B) Sólo I y II.

C) Sólo I, II y III.

D) Sólo I, II y IV.

E) I, II, III y IV.

7. Elemento que forma parte de la estructura de la

Hemoglobina:

A) Sodio.

B) Potasio.

C) Hierro

D) Magnesio.

E) Cromo.


25


26

Capítulo 3: Biomoléculas orgánicas Objetivos:

- Analizar la participación que tiene cada una de las biomoléculas que componen un ser

vivo.

- Comprender su rol estructural y energético en la célula.

- Estudiar su forma molecular y polimerización que da lugar a moléculas más complejas.

Introducción

La aparición de las primeras moléculas en la Tierra es objeto de discusión en múltiples ramas de estudio de las ciencias. Se ha llegado a establecer que en los tres minutos que siguieron al Big Bang se formaron los primeros núcleos de átomos de Hidrógeno, Helio, Litio y Deuterio. La temperatura y la cantidad de energía facilitaron una serie de reacciones químicas que tardaron millones de años en originar los elementos más pesados.

Alejándonos bastante del origen del universo nos remontamos a la aparición de las primeras biomoléculas. Las condiciones que reinaban en la Tierra durante los primeros mil millones de años, la describen como un lugar inhóspito, con erupciones volcánicas, relámpagos y lluvias torrenciales. No había oxígeno libre ni capa de ozono que absorbiera la radiación, lo que seguramente sumado a las intensas lluvias propició la aparición de algunas moléculas orgánicas. Muchos científicos han simulado estas condiciones en el laboratorio. Se mezclan gases como CO2, CH4, NH3, y H2, que se encontraban en la atmósfera primitiva, se calientan, se agrega agua y se aplican descargas eléctricas para generar un ambiente reactivo. El resultado de esta piscina elemental fue la aparición de algunas moléculas orgánicas que constituyen los aminoácidos, azúcares y ácidos nucleicos.

Ahora estudiaremos las principales biomoléculas orgánicas que forman parte estructural y funcional de los seres vivos, entre ellas se encuentran los Carbohidratos, Lípidos, Proteínas y Ácidos nucleicos.

3.1. Carbohidratos

Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares

e hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son

dulces ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén

hidratados. Químicamente hablando son aldehídos (R-

CHO) o cetonas hidroxiladas (R-CO-R). Las unidades

monoméricas de los carbohidratos son los

monosacáridos, éstos se unen mediante el enlace

glucosídico para formar polisacáridos, los cuales son

cadenas largas de monosacáridos.


27

Los carbohidratos pueden clasificarse en monosacáridos (una unidad monomérica), disacáridos (dos unidades monoméricas), oligosacáridos (10 unidades monoméricas) y polisacáridos (más de 10 unidades monoméricas).

Principales funciones de los carbohidratos.

Es sabido por todos nosotros, que los carbohidratos nos proveen de energía para realizar todas nuestras actividades diarias. A continuación veremos de manera más específica por qué no podemos prescindir ni abusar de los azúcares. a. Monosacáridos con función energética

Glucosa: La molécula que funciona como combustible para el normal funcionamiento de los sistemas vivos es la glucosa, razón por la cual los alimentos deben ser procesados y degradados hasta conseguir la fuente de energía que necesita la célula. Al interior de las células existen mitocondrias, organelos cuya principal función es la conversión de glucosa en moléculas de alto almacenamiento energético, el ATP (Adenosín trifosfato). En el caso de no existir mitocondrias, como es en los organismos procariontes, la glucosa es de todas formas un excelente combustible cuya hidrólisis también proporciona energía.

Fructosa: La fructosa es un isómero funcional de la glucosa por lo que su fórmula

molecular es la misma, pero difieren en la ordenación de sus átomos al momento de enlazarse. La encontramos formando parte del líquido seminal por lo que es el principal combustible para las mitocondrias de los espermatozoides.

b. Polisacáridos con función energética.

Glicógeno: El polímero de glucosa en animales se conoce con el nombre de glicógeno. Se almacena en el hígado y músculos, y funciona como reserva energética. Los encargados de transportar glucosa en la sangre son la insulina y el glucagón, hormonas proteicas antagónicas en su función, pues cuando el azúcar en el sangre es elevado la insulina debe transportar glucosa al hígado para disminuir la concentración de azúcar en la sangre (glicemia), mientras que si la glicemia está por debajo de

Figura 3.1. Enlace glucosídico. Unión de dos monosacáridos para formar un disacárido.


28

los índices normales es el glucagón el que debe transportar glucosa desde el hígado hacia la sangre.

Almidón: El almidón es un polisacárido de almacenamiento y está constituido por cadenas

carbonadas muy ramificadas; las flechas señalan los puntos de ramificación. Cada cadena tiene en realidad la forma de una hélice, que se mantiene estable por enlaces de hidrógeno entre las subunidades de glucosa. Se almacena en estructuras de las plantas llamadas amiloplastos y está presente en grandes cantidades en la papa, maíz, arroz y otros cereales.

Figura 3.2. Almidón, polisacárido de reserva en plantas.

c. Polisacáridos con función estructural

Celulosa: Polímero de glucosa que le otorga rigidez y solidez a la pared vegetal. Es un polímero insoluble en agua y no es hidrolizado por nuestro tubo digestivo.

Figura 3.3. La celulosa es un polisacárido estructural no ramificado compuesto por aproximadamente 10.000 unidades de β-glucosa.

El Agar es un polisacárido de origen vegetal presente en las

paredes de algunas algas. Se extrae con el objetivo de utilizarlo

como medio de cultivo en microbiología, ya que disuelto en

agua caliente y enfriado toma una textura gelatinosa que es

propicia para la germinación de microorganismos.

En el año 2015 se celebró el primer Agar Art, un concurso de

pintura utilizando bacterias organizado por la American Society

for Microbiology, dando lugar a increíbles creaciones coloridas

de Salmonella, Enterococcus faecalis, Escherichia coli y muchos

más.

Curiosicosas!!


29

Quitina: Es un polisacárido estructural que forma parte de la pared celular de los hongos y del exoesqueleto de artrópodos. Algunas estructuras quitinosas, como el caparazón de la langosta, están aún más endurecidas por la adición de carbonato de calcio (CaCO3), una forma inorgánica del carbono.

Carbohidrato Clasificación Función Fuente o localización

GLICERALDEHÍDO Triosa Su versión fosforilada (PGAL) es un importante intermediario metabólico.

Citoplasma, mitocondrias, cloroplastos.

RIBOSA Pentosa ( C5H10O5) Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (ARN).

Citoplasma y núcleo.

DESOXIRRIBOSA Pentosa ( C5H10O4) Precursor de nucleótidos y Ácidos nucleicos (ADN)

Citoplasma y núcleo.

GLUCOSA Hexosa Fuente de energía, estructural.

Almidón, glucógeno, maltosa, lactosa, sacarosa, celulosa y quitina.

FRUCTOSA Hexosa Convertirse en glucosa y fuente de energía para el espermatozoide.

Jugo de frutas, sacarosa, semen.

GALACTOSA Hexosa Convertirse en glucosa. Estructural

Leche (lactosa).

MALTOSA Disacárido = glucosa + glucosa.

Fuente de energía. Degradación incompleta del almidón. Semillas.

SACAROSA Disacárido = glucosa + fructosa.

Fuente de energía. Remolacha, caña de azúcar.

LACTOSA Disacárido = glucosa + galactosa.

Fuente de energía. Leche.

ALMIDÓN Polisacárido de glucosas.

Reserva de energía en las plantas

Raíces, tallos, hojas de plantas.

GLUCÓGENO Polisacárido de glucosas.

Reserva de energía en los animales

Hígado, músculo esquelético.

CELULOSA Polisacárido de glucosas.

Forma parte de la pared celular vegetal. Otorga rigidez a células y tejidos.

Madera.

QUITINA Polisacárido de glucosas con nitrógeno.

Forma parte de la pared celular de los hongos y exoesqueleto de artrópodos.

Hongos. Artrópodos.

Figura 3.4. La Quitina es el principal constituyente del sombrero de los hongos.

Tabla 3.1. Clasificación de los carbohidratos y sus funciones.


30

3.2. Lípidos

Los lípidos, comúnmente conocidos como grasas, cumplen

importantes funciones biológicas ya sean estructurales, energéticas o como materia prima de síntesis de hormonas, neurotransmisores y otros mensajeros químicos indispensables para nuestro organismo. Sin embargo, sabemos que en exceso pueden ocasionar graves problemas a la salud que pueden ir desde un mal estado físico hasta problemas cardiovasculares.

Químicamente hablando, son una familia bastante

heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por

C, H y O unidos por enlaces covalentes apolares, que tienen en

común su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). Esta propiedad

permite a los lípidos ser extraídos desde los tejidos y órganos

mediante solventes orgánicos apolares (éter, benceno, bencina,

cloroformo, acetona, etc.). Además no forman polímeros y

presentan en su estructura una menor proporción de oxígeno que

los carbohidratos.

Lípidos saponificables

Son todos aquellos lípidos que en presencia de una base fuerte pueden saponificarse, es

decir, pueden formar una sal. Este proceso es ampliamente utilizado para la fabricación de

jabones.

Desafío: Indica si los carbohidratos que se mencionan a continuación son monosacáridos,

disacáridos o polisacáridos según corresponda.

Ribosa, Pectina, Maltosa, Hemicelulosa, Galactosa, Lactosa.

Figura 3.5. Reacción de saponificación.


31

Ácidos grasos

Los Ácidos grasos son moléculas que en general, no se encuentran libres en la célula, sino que

deben ser obtenidos por hidrólisis desde los lípidos saponificables, como triglicéridos y

fosfoglicérdios, en donde están almacenados.

- Aceites: Son líquidos a temperatura ambiente pues son del tipo insaturado y de cadena

corta. Su origen es principalmente vegetal.

- Grasas: Son sólidos a temperatura ambiente pues son del tipo saturado y de cadena larga.

Su origen es principalmente animal.

Presentan un grupo carboxilo polar e hidrofílico (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada

apolar e hidrofóbica (que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que

permite considerarlos moléculas anfipáticas. Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena

apolar hidrofóbica disminuye notablemente su solubilidad en agua.

Figura 3.6. Dos moléculas de ácidos grasos, uno saturado (arriba) y otro insaturado (abajo).

Como se muestra en la figura 3.6, algunos ácidos grasos contienen dobles enlaces entre los

carbonos del hidrocarburo (insaturaciones), los que causan que la cadena se flexione e impide que

las moléculas se empaqueten fuertemente entre sí y se solidifiquen a la temperatura ambiente.

Por lo tanto, los ácidos grasos que poseen dobles enlaces se denominan insaturados a diferencia

de los que presentan enlaces simples denominados saturados, los cuales al tener un mayor punto

de fusión hace que sean sólidos a temperatura ambiente.

Ácidos grasos esenciales

Los ácidos grasos que se precisan en la dieta de los mamíferos son llamados ácidos grasos

esenciales. El ácido graso esencial más abundante en los mamíferos es el ácido linoleico que

integra del 10% al 20% de los ácidos grasos totales contenidos en triglicéridos y fosfoglicéridos.

Los ácidos grasos esenciales no pueden ser sintetizados en el organismo de los animales por lo

que deben ser ingeridos a través de fuentes vegetales donde son abundantes.


32

Los ácidos grasos insaturados

predominan sobre los saturados,

especialmente en plantas y animales

superiores que viven en ambientes con

temperaturas bajas. Pueden tener una

insaturación a lo largo de la cadena

(monoinsaturado o monoenoico) o

más de una insaturación

(poliinsaturado o polienoico).

Los dobles enlaces de casi toda la clase

de ácidos grasos insaturados que se

encuentran en la naturaleza aparecen

en configuración geométrica cis y hay

muy pocos que poseen la

configuración geométrica trans.

Los ácidos grasos trans se forman en el proceso de hidrogenación que se realiza sobre las

grasas con el fin de solidificarlas para utilizarlas en diferentes alimentos. Un ejemplo de ello es la

solidificación del aceite vegetal líquido, para la fabricación de margarina. Es por esta razón que se

hace hincapié en el cuidado de ciertos alimentos que contengan alto porcentaje en grasas

saturadas y grasas trans ya que podrían afectar a la salud. En cambio los ácidos grasos

poliinsaturados como el Omega 3, Omega 6, ácido linoleico, entre otros, son saludables y los

encontramos en el jurel, aceite de oliva, palta y frutos secos.

Acilglicéridos

También llamados glicéridos, son lípidos constituidos por

una molécula de glicerol a la cual se le puede unir una

(monoglicérido), dos (diglicéridos) o tres moléculas de

ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos son la

principal forma de almacenamiento de grasas. Ejemplos

de glicéridos estructurales son los lípidos de membrana.

Figura 3.7. Configuración trans (A) y cis (B) de los ácidos grasos.

Figura 3.8. Micelas formadas por fosfolípidos en agua.


33

Rutas metabólicas de los lípidos

Degradación y síntesis biológica de los ácidos grasos

El proceso de degradación convierte una molécula alifática de cadena larga, como es un ácido graso,

en un conjunto de unidades de acetilo activadas (moléculas de acetil-CoA), que pueden ser procesadas

por el ciclo del ácido cítrico (contenido que se profundizará más adelante) cuyo objetivo es producir

energía para todos los procesos celulares. La oxidación de ácidos grasos tiene lugar en la membrana

mitocondrial, de esta forma se activa el ácido graso para entrar a la mitocondria y ser degradado a

acetil-CoA.

La síntesis es el proceso inverso al anterior. El proceso empieza con unidades de dos carbonos, que se

condensan para formar un fragmento de cuatro carbonos. Al repetir varias condensaciones en etapas

consecutivas la cadena de carbonos se alarga hasta formar un ácido graso. A diferencia de la

degradación de ácidos grasos, este proceso tiene lugar en el citosol de la célula.

Hidrólisis enzimática de los triglicéridos

En los animales superiores los triglicéridos ingeridos en la dieta son, en su mayor parte, descompuestos

en las células del intestino delgado por la acción hidrolítica de la lipasa del jugo pancreático. La lipasa

pancrática hidroliza el enlace éster de los triglicéridos dando origen al glicerol y ácidos grasos. Estos

productos de la digestión se transportan en forma de micelas al epitelio intestinal donde se absorben a

través de la membrana plasmática. Una vez en la mucosa intestinal, los triglicéridos se resintetizan a

partir de ácidos grasos y glicerol y posteriormente se empaquetan en la partículas de lipoproteínas

transportadoras llamadas quilomicrones. Los quilomicrones se dirigen al sistema linfático para ser

transportados a la sangre y así ser llevadas a las células adiposas de reserva y a las células del músculo

donde una vez más se degradan los triglicéridos en ácidos grasos que serán oxidados para producir

energía.

Figura 3.9. Formación e hidrólisis de un triglicérido.

La figura 3.9, muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres

ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso, esterificación o

condensación. De derecha a izquierda se indica la hidrólisis, si se realiza en un medio alcalino se

obtendrá jabón y el proceso se denomina saponificación.


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Fosfolípidos

Familia de lípidos anfipáticos que por sus particulares propiedades físicas son adecuados para

estructurar membranas celulares. Se trata de lípidos polares que, en presencia de agua,

espontáneamente adoptan la estructura de bicapas lipídicas.

Cumplen con ese requisito los fosfoglicéridos y los esfingolípidos.

Como los fosfoglicéridos y una clase de esfingolípidos, llamados

esfingomielinas, poseen grupos fosfatos en su estructura, caben en

la categoría de fosfolípidos. Están compuestos de dos cadenas de

ácidos grasos unidas a un esqueleto de glicerol. En los fosfolípidos el

tercer carbono de la molécula de glicerol no está ocupado por un

ácido graso, sino por un grupo fosfato, al que está unido

habitualmente otro grupo polar (R).

La figura 3.10, muestra un fosfolípido de membrana

y su comportamiento con respecto al agua (liposoma). Esta

disposición de las moléculas de un fosfolípido, con sus

cabezas hidrofílicas expuestas y sus colas hidrofóbicas

agrupadas, forma la base estructural de las membranas

celulares.

Las esfingomielinas contienen fosfocolina como

grupo de cabeza polar. Se hallan presentes en las

membranas plasmáticas de las células animales, en la vaina

de mielina que recubre los axones de las neuronas y en las

membranas del tejido adiposo. La esfingomielina está

formada por fosforilcolina y ceramida, o un grupo principal

de fosfoetanolamina.

Figura 3.10. A) Se observan fosfolíp idos de membrana interactuando con moléculas de colesterol,

B) Fosfolípido de membrana (diglicérido) y C) liposoma.

Figura 3.11. Fosfolípido estructural de las neuronas.

A

B C


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Lípidos insaponificables.

Son todos aquellos que no pueden saponificarse, es decir, en

presencia de una base fuerte no forman sales de ácido. Esto se debe a

que su estructura química se caracteriza por la presencia de anillos

aromáticos y moléculas cíclicas, las que no son susceptibles a

hidrólisis alcalina.

Terpenos: Son lípidos que resultan de la unión de muchas

unidades pequeñas, llamadas isoprenos. Son terpenos las

vitaminas liposolubles:

- A: Que participa de la fisiología de la visión, al formar parte

de la rodopsina, un pigmento fotosensible presente en los

bastones retinianos.

- E: Es un antioxidante intracelular que impide el deterioro

prematuro de los tejidos.

- K: Forma parte de una enzima que interviene en la

coagulación sanguínea.

Esteroides

Son una familia de lípidos que presentan en su estructura un conjunto de cuatro anillos

fusionados llamado esterano.

Aunque los esteroides no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, se los agrupa con

ellos porque son insolubles en agua.

Figura 3.12. Estructura molecular de la Vitamina A.

Desafío: Indica en cada estructura el nombre que le corresponde y explica a qué se debe

esa conformación en medio acuoso.

Liposoma Bicapa lipídica

Micela


36

Pertenecen a este grupo de

lípidos el colesterol, la

vitamina D, los ácidos biliares,

las hormonas de la corteza

suprarrenal (aldosterona,

cortisol y andrógenos

corticales), las hormonas

sexuales femeninas

(progesterona y estrógeno) y

masculina (testosterona).

Eicosanoides

Son derivados de ácidos grasos que desarrollan una variedad de acciones en los tejidos de los

vertebrados. Entre ellos se encuentran las prostaglandinas, algunas de ellas han sido identificadas

como hormonas y como mediadores locales en procesos inflamatorios y en procesos del dolor.

Las prostaglandinas tienen funciones muy diversas, ya que intervienen en la contracción del

músculo liso, la secreción gástrica, la variación de la presión sanguínea y los procesos

inflamatorios. Los fármacos como la aspirina actúan inhibiendo la síntesis de prostaglandinas, con

lo que se reduce la inflamación y se alivia el dolor subsiguiente a éste.

Relacionados con las prostaglandinas están los tromboxanos, moléculas complejas que

intervienen en la coagulación y el cierre de las heridas.

Lipoproteínas de transporte del plasma sanguíneo.

Las lipoproteínas del plasma son complejos en los cuales lípidos y proteínas están en una

relación relativamente fija. Transportan lípidos insolubles en agua entre los distintos órganos por

medio de la sangre. Entre las lipoproteínas más conocidas se encuentran las lipoproteínas de

baja densidad LBD, o LDL por su sigla en inglés, y las de alta densidad LAD o HDL. La primera es

popularmente conocida como colesterol malo, pues los índices elevados de LBD dan indicios de

un exceso de colesterol que no será aprovechado y va a recircular en la sangre hasta ser

acumulado generando ateromas que dificultarán el paso de la sangre con nutrientes y oxígeno.

Esto puede derivar en múltiples enfermedades cardiovasculares, la más común de ellas es la

aterosclerosis.

Por su parte la lipoproteína de alta densidad o HDL es conocida como colesterol bueno, ya que

su función es extraer el colesterol de la sangre y llevarlo al hígado para ser transformado en

ácidos biliares impidiendo su acumulación en las arterias.

Figura 3.13. Algunos ejemplos de esteroides.


37

3.3. Proteínas

Las proteínas figuran entre las moléculas orgánicas más abundantes; en la mayoría de los

seres vivos constituye hasta el 50% o más del peso seco. Solamente en las plantas, con su alto

contenido de celulosa, las proteínas representan poco menos de la mitad de su peso seco. Hay

muchas moléculas de proteínas diferentes, su diversidad funcional es abrumadora. En estructura,

sin embargo, todas siguen el mismo esquema simple: son polímeros de aminoácidos en una

secuencia lineal. Éstos últimos son moléculas constituidas por C, H, O, N y en algunos casos poseen

también átomos de azufre (S).

Aminoácidos.

Son moléculas formadas por un grupo amino (-NH2), que tiene características básicas, y un

grupo ácido carboxílico (-COOH), con propiedades ácidas. Ambos grupos unidos a un mismo

carbono.

Los aminoácidos son las unidades básicas que estructuran las proteínas, por lo tanto, son sus

monómeros (monómero: mono=uno; mero= unidad).

Los aminoácidos derivan de una secuencia genética que contiene la información necesaria para la

formación de todas las proteínas de un ser vivo. Esta secuencia se conoce con el nombre de código

genético, y a partir de éste podemos obtener los 22 aminoácidos diferentes que forman parte de

las proteínas.

Concepto de Aminoácido esencial

Un individuo necesita de un aporte constante de aminoácidos para la síntesis de sus proteínas.

En los organismos heterótrofos (aquellos que obtienen su alimento gracias a otros seres

vivos), algunos de éstos pueden ser sintetizados por el propio organismo a partir de otras

moléculas; otros, en cambio, tienen que ser incorporados en la dieta.

Los aminoácidos que deben ser incorporados se conocen como aminoácidos esenciales. En el

caso de la especie humana son diez: Arginina, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina,

Fenilalanina, Treonina, Triptófano, Valina.

Figura 3.14. Estructura de un aminoácido.


38

Polipéptidos:

Los aminoácidos se unen entre sí

mediante enlaces peptídicos (figura 3.15). La

unión de dos monómeros origina un

dipéptido; la de tres un tripéptido, la de 10

monómeros dará origen a un oligopéptido.

A las polimerizaciones más grandes (10 a

100 residuos aminoacídicos), se les llama

polipéptidos.

Estructura de las proteínas.

Figura 3.16. Estructura de las proteínas.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos. Cada una de ellas podría adoptar en

principio, infinidad de formas, pero in vivo sólo presenta una, la más estable y la única que permite

el desarrollo de su función; por lo que si experimentalmente se modifica la forma de la proteína

ésta inmediatamente pierde su función. La estructura de una proteína es la forma de organización

de sus aminoácidos. Se han descrito cuatro tipos de estructuras para las proteínas: Primaria,

Secundaria, Terciaria y Cuaternaria.

Estructura Primaria: Se refiere al esqueleto covalente de la cadena polipeptídica, y establece de manera específica la secuencia de aminoácidos para cada proteína. La estructura primaria siempre se representa en forma de “collar de perlas”, simple y lineal.

Estructura Secundaria: Se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección, como la α-hélice y la lámina β-plegada. α-hélice se forma y mantiene debido a la formación de enlaces de hidrógeno entre los

aminoácidos de cada una de las vueltas o giros sucesivos de la espiral.

Figura 3.15. Formación de enlace peptídicos.


39

Estructura Terciaria: Corresponde a la forma global que toma por cada una de sus cadenas polipeptídicas. Es una estructura estrechamente plegada y compactada de las proteínas globulares.

Estructura Cuaternaria: Muchas proteínas funcionales están compuestas de dos o más

cadenas polipeptídicas, que interactúan entre sí de manera específica para formar la molécula biológicamente activa. La estructura cuaternaria es la estructura 3D resultante.

También podemos clasificarlas de acuerdo a su contenido molecular:

Propiedades de las proteínas.

Sus propiedades físico-químicas dependen de su composición aminoacídica y de su

conformación tridimensional. Las propiedades comunes a todas las proteínas son dos:

especificidad y desnaturalización.

- Especificidad: Cada proteína tiene una función exclusiva, por ejemplo las enzimas. Cada

individuo posee ciertas proteínas con una secuencia aminoacídica determinada. Ha

quedado demostrado que dicha secuencia contiene la información del plegamiento de la

cadena, y por ende de su conformación, como también de su actividad biológica.

- Desnaturalización: Consiste en la pérdida de la estructura o desplegamiento de la cadena

polipeptídica que conforma la proteína. Este fenómeno ocurre cuando la proteína es

sometida a condiciones extremas que se escapan de su rango de tolerancia. La

desnaturalización se puede hacer mediante diversos medios físicos como por ejemplo,

cambios de temperatura, y químicos como valores extremos de pH, etc. La consecuencia

más significativa de la desnaturalización es que las proteínas pierden su función biológica

característica. Por ejemplo, al calentar las enzimas suelen perder su capacidad catalítica.

Proteínas

Simples u holoproteínas

Son aquellas cuya hidrólisis solo prouduce aminoácidos.

Conjugadas o heteroproteínas

Son aquellas que además de contener aminoácidos poseen grupos adicionales que pueden ser orgánicos o inorgánicos (metales).


40

Funciones de las proteínas.

Las proteínas dirigen prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos

destinados a la producción de ellas mismas. Determinan la forma y la estructura de las células. Sus

funciones se relacionan con sus múltiples propiedades, que son el resultado de la composición de

aminoácidos, de la secuencia y del modo en que la cadena se pliega en el espacio.

.

Enzimas

Las enzimas son proteínas que favorecen la velocidad de reacción, haciendo que en promedio las

reacciones químicas se lleven a cabo unas 1012 veces más rápido que en ausencia de ellas. Nos

demoraríamos 25 años en digerir un pedazo de carne sin estos catalizadores biológicos.

De acuerdo a sus características morfológicas, las enzimas pertenecen a la categoría de proteínas

globulares, son solubles en agua y muchas de ellas contienen un grupo prostético (componente no

proteico) que condiciona su actuar.

La molécula sobre la cual actúa la enzima es el sustrato, dicha unión es conocida con el nombre de

complejo enzima-sustrato y tiene lugar en el sitio activo de la enzima. Los sustratos pueden ser

azúcares, lípidos, aminoácidos, ácidos nucleicos, etc.

Las enzimas tienen la cualidad de ser específicas, es por esto que existen alrededor de 2 millones de

enzimas diferentes y cada una de ellas cataliza una reacción distinta. Además son extremadamente

eficientes, una molécula de enzima es capaz de transformar cada segundo de 100 a 1000 moléculas

de sustrato en producto.

Por otra parte, participan en las reacciones químicas sin consumirse en ellas, disminuyendo

considerablemente la energía de activación necesaria para que reaccionen las partes involucradas, de

esta forma la enzima se restablece y es capaz de catalizar nuevamente.

Figura 3.17. Esquema de la acción catalítica de una enzima.


41

Función Característica

Estructural Forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores. En la organización del citoesqueleto. Un ejemplo es el colágeno, característico de los tejidos animales.

Enzimática Biocatalizadores de las reacciones químicas.

Hormonal Algunas son de naturaleza proteica como la insulina, el glucagón, la hormona del crecimiento entre otras.

Defensa En la formación de las inmunoglobulinas que forman anticuerpos.

Transporte Transportadoras de gases respiratorios (hemoglobina), de lípidos en la sangre (lipoproteínas), en la membrana plasmática actuando como “carrier”.

Contráctil La actina y la miosina, constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.

Energética Sólo en condiciones extremas, por ejemplo cuando los carbohidratos y lípidos han sido utilizados, además es poco eficiente. Un ejemplo es la proteína del huevo, ovoalbúmina.

Tabla 3.2. Funciones y características de las proteínas.

Glucoproteínas

Glucocálix: Este polímero es producido por bacterias o por células epiteliales. Consiste en una proyección de la membrana plasmática cuyo fin es comunicar a la célula con su exterior, otorgándole protección, inmunidad y adherencia con otras células. Peptidoglicano: Ciertas bacterias, conocidas como Gram positivas, poseen una pared de peptidoglucano o mureína de hasta 40 capas, la que las protege de la tracción mecánica y le otorga resistencia frente a la osmosis (presión ejercida por el agua).

Figura 3.18. Al lado izquierdo se muestran las proyecciones de la membrana que corresponden al glicocalix y a la

derecha se observa la pared de mureína o peptidoglicano de una bacteria Gram positiva.


42

3.4. Ácidos nucleicos

ADN

En las células es posible distinguir dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido

desoxirribonucleico o ADN y el ácido ribonucleico o ARN. Ambos comparten el mismo origen

molecular y tienen mínimas diferencias estructurales, sin embargo su función en la célula es

completamente diferente y lo interesante es que uno no existiría sin el otro, puesto que se

necesitan mutuamente para regenerarse y perpetuarse en el tiempo.

El ADN constituye el material genético de los seres vivos. En las

células procariontes (células sin núcleo), se encuentra disperso en el

citoplasma. En las células eucariontes, se encuentra al interior del

núcleo celular en forma de cromatina (ADN asociado a proteínas). La

molécula de ADN contiene la información necesaria para la síntesis de

proteínas, dicha información se organiza en segmentos de ADN

conocidos como genes.

El ADN es un polímero de dos cadenas formados por

monómeros denominados nucleótidos. En las cadenas de

ADN, cada monómero está constituido por un grupo fosfato,

un azúcar desoxirribosa y una base nitrogenada. Existen

cuatro clases de bases nitrogenadas, que se diferencian

entre sí en sus características químicas: adenina (A), guanina

(G), timina (T) y citosina (C). Adenina y guanina son bases

púricas, en cambio, timina y citosina son bases pirimídicas.

Figura 3.19. Estructura de un nucleótido.

Nucleósidos

Son moléculas constituidas por un azúcar y una base nitrogenada. Se encuentran al interior de las células y en el líquido extracelular. En las células, los nucleósidos se pueden unir a uno, dos o tres grupos fosfatos originando un nucleótido monofosfato (AMP), difosfato (ADP) o trifosfato (ATP), respectivamente. Este último es de gran importancia como la principal “moneda energética” en todas las células.

En términos simples: Nucleósido + Fosfato = Nucleótido


43

Cada molécula de ADN está formada por dos largas cadenas de nucleótidos que se

disponen en forma helicoidal, estructura conocida como doble hélice.

Las cadenas de ADN son

complementarias, pues frente a

cada timina hay una adenina y

frente a cada guanina una citosina,

vale decir frente a cada base púrica

hay una base pirimídica, y

viceversa. Las bases nitrogenadas

se unen entre sí mediante puentes

de hidrógeno. Las adeninas se unen

a las timinas a través de dos

puentes de hidrógeno, mientras

que las citosinas se unen a las

guaninas a través de tres puentes

de hidrógeno. Por lo tanto, las

regiones de ADN ricas en C y G son

más estables que aquellas que

contienen A y T.

La complementariedad entre las bases nucleotídicas, en un segmento de ADN, determina

que el número de bases púricas sea idéntico al número de bases pirímidicas.

Figura 3.21. El ADN está organizado

en forma de una doble hebra,

modelo que James Watson y Francis

Crick postularon en 1953 y que ha

sido aceptado y confirmado hasta

hoy. Su estructura permite explicar

tres propiedades inherentes al

material genético: expresión génica,

autorreplicación y mutación.

Figura 3.20. Estructura helicoidal del ADN.

Figura 3.21. El ADN está organizado

en forma de una doble hebra,

modelo que James Watson y

Francis Crick postularon en 1953 y

que ha sido aceptado y confirmado

hasta hoy. Su estructura permite

explicar tres propiedades

inherentes al material genético:

expresión génica, autorreplicación

y mutación.


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ARN

El otro tipo de material genético corresponde a ácido ribonucleico o ARN.

Estructuralmente, el ARN presenta semejanzas y diferencias respecto del ADN.

Al igual que el ADN, el ARN está formado por nucleótidos constituidos por un azúcar, un

grupo fosfato y una base nitrogenada. A diferencia del ADN, el ARN contiene azúcar ribosa en vez

de desoxirribosa, uracilo (U) en vez de la base timina, y una estructura de simple hebra en vez de

doble hebra.

Existen además numerosas otras bases nucleotídicas y azúcares

modificados propios del ARN. Los nucleósidos pseudouridina y timidina,

este último casi exclusivo del ADN, se encuentra en ciertas regiones del

ARN de transferencia. En esta misma molécula es frecuente la existencia

de una base que resulta de la modificación de la guanina, la hipoxantina.

El ARN, a diferencia del ADN, presenta un grupo hidroxilo en la posición 2´ del azúcar. Esta

característica produce una diferencia en la forma de la hélice. Por otra parte, debido a que el ARN

presenta dos grupos hidroxilos, esta molécula es mucho más inestable que el ADN, la que contiene

sólo un grupo hidroxilo, ya que es más propensa al rompimiento por

efectos de la hidrólisis. Varios tipos de ARN presentan regiones de

doble hélice, similares a las que se encuentran en el ADN. La

diferencia radica en que en estos ARN “altamente estructurados”,

esta conformación es el producto de apareamientos de bases

complementarias existente dentro de la misma cadena de ARN.

Existen varios tipos de ARN, los que cumplen importantes

funciones en las células. Durante la expresión de los genes en la

síntesis de proteínas, cada gen es leído por una “maquinaria

enzimática” que produce como resultado una molécula específica de

ARN, llamada ARN mensajero o ARNm. El ARNm luego es leído por

los ribosomas y por otro conjunto de enzimas para producir una

proteína. Existen, además, otros tipos de ARN que también

participan en la síntesis de proteínas, como el ARN ribosomal o

ARNr y el ARN de transferencia o ARNt.

El ARN de transferencia tiene un importante papel en la regulación de la expresión génica,

transportar la cadena que contiene la información necesaria para la formación de una proteína.

Otra clase de ARN, denominadas ribozimas, tienen funciones similares a las catalíticas observadas

en las enzimas.

Figura 3.22. Uracilo.

Figura 3.23. Esta molécula de ARN es usada como intermediaria de la información

genética y sirve como soporte estructural y organizacional de los ribosomas.


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Tipo de ARN Función

ARN mensajero

(ARNm)

Se forma a partir del ADN, y posee una

secuencia de bases nitrogenadas

complementarias al ADN. Su formación a partir

del ADN se llama transcripción.

Existen tantos tipos de ARNm como tipos de

proteínas, y su largo depende de la proteína que

se quiere formar, pudiendo incluir desde 300

hasta miles de nucleótidos.

ARN de

transferencia,

trasporte o

soluble (ARNt)

Se le encuentra principalmente en el citoplasma

y tiene por función el transporte específico de

aminoácidos hasta el lugar de la síntesis

proteica. Este ARNt se conoce como traductor

del mensaje del ARNm.

Deben existir unos 20 ARNt distintos (uno para

cada tipo de aminoácido). Los ARNt presentan

unos 80 nucleótidos, cada uno formando una

estructura parecida a una “hoja de trébol”, con

segmentos en los cuales hay apareamiento de

bases complementarias.

ARN ribosómico

o ribosomal

(ARNr)

Junto a proteínas constituye a los ribosomas.

Existen unos 4 tipos de ARNr, de distinto

tamaño Estos ARNr son filamentos altamente

plegados, sobre los cuales se asocian proteínas

específicas, formando las subunidades mayor y

menor del ribosoma. Esto tiene lugar en el

nucléolo. Las subunidades ribosomales, pasan

por los poros de la carioteca al citoplasma.

Figura 3.24. En ciertos virus el ARN corresponde al

material genético primario. Este es el caso del virus de la

inmunodeficiencia adquirida (VIH) que contiene dos

copias de ARN de hebra simple. El genoma ARN de estos

virus sirve como molde para sintetizar ADN en las células

infectadas. Este ADN sirve a su vez como fuente para la

síntesis de nuevas proteínas que darán origen a nuevos

virus.

Tabla 3.3. Cuadro resumen de Ácidos nucleicos y sus funciones.


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Preguntas PSU

Me debería importar: En Chile desde Junio del año 2016 se ha comenzado a implementar la Ley de etiquetado de los alimentos. En esta se estipula la necesidad de informar por medio de un hexágono negro con la leyenda “ALTO EN”, indicando así que ese alimento está adicionado con sodio, grasas saturadas o azúcares, y que supera los límites establecidos por el MINSAL para esos nutrientes o calorías. Dado el debate que se centra sobre este tema. ¿Qué opinas sobre la Ley de etiquetado?

1. La siguiente figura representa a un lípido que podría tratarse de:

A) Un aceite y se señala su cabeza apolar. B) Un fosfolípido y se señala su cabeza polar. C) Un esteroide y se señala su cabeza polar. D) Una molécula de triglicérido de membrana y se señala su cabeza polar. E) Un ácido graso insaturado y se señala su grupo carboxilo (-COOH). 2. En un experimento se marcaron radiactivamente varios aminoácidos, los que fueron administrados a un cultivo celular. Luego de un tiempo se encontrará marca en:

I) Membrana plasmática. II) Cromosomas. III) Retículo Endoplasmático Rugoso.

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo I y II. D) Solo I y III. E) I, II y III.

3. Las proteínas tienen una configuración espacial específica para la función que desarrollan. Una alteración a esta configuración produce: A) Pérdida irreversible de la función proteica. B) Pérdida siempre reversible de la función proteica. C) Pérdida reversible de la función si el agente desnaturalizante es intenso. D) Disminución de la actividad biológica de la proteína. E) Una alteración de la forma que no afecta la función biológica.

4. Estudiando una biomolécula X, un científico comprueba que está formada por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno y que libera agua cuando se une con otras sustancias similares para formar polímeros. Considerando estos antecedentes, se puede inferir que la biomolécula X es un A) Nucleótido. B) Ácido Graso. C) Monosacárido. D) Aminoácido. E) Polisacárido.

5. En relación con las enzimas, es correcto señalar que: I) Actúan como catalizadores biológicos. II) Una misma enzima puede interferir en diferentes tipos de reacciones químicas. III) Disminuye la energía de activación necesaria para la reacción química. IV) Su funcionamiento ocurre a valores óptimos de pH y temperatura. A) I y III. B) II y IV. C) I, III y IV. D) II, III y IV. E) I, II, III y IV. 6. ¿Cuál o cuáles de las siguientes moléculas salen del núcleo y participan en la síntesis de proteínas? I) Aminoácidos. II) ADN. III) ARN. A) Solo I. B) Solo III. C) Solo I y II. D) Solo II y III. E) I, II y III.


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Desafío: ¿Cuándo se habla de una Teoría o una Ley?

Figura 4.1. Diversos seres vivos

Capítulo 4: Teoría celular y célula

Objetivos: - Comprender que la célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos,

y la portadora de la información genética de estos. - Reconocer la gran variedad de formas de organización de la vida. - Clasificar las células de acuerdo a la presencia o ausencia de núcleo.

Introducción

En el capítulo anterior se ha avanzado a través de la organización biológica por medio de niveles, en los cuales se pudo identificar diversas características y propiedades emergentes según el nivel observado. Quizás una de las propiedades emergentes más interesante que surge de este avance corresponde a la propiedad “vida”.

¿Qué es la vida y cómo funciona? ¿Qué significa estar vivo? Son preguntas que aún dan lugares a acalorados debates dado las implicancias éticas y morales que el concepto trae en sí y a la complejidad del fenómeno que imposibilita definirlo en una sola frase. A pesar de ello, es imposible pensar que una mariposa, un delfín, una flor, una bacteria y un humano no sean seres vivos y que sí lo sea una roca. En base a ello ¿Qué características comparten una mariposa, una flor y el humano para ser considerados vivos? Básicamente se reconoce lo vivo, por lo que hacen los seres vivos: respuesta al medio ambiente, reproducción, orden, evolución, regulación,

procesamiento de la energía, etc. 4.1. El microscopio permitió el estudio de la célula, lo que originó la teoría celular: La curiosidad siempre ha movido al ser humano a ir más allá. Desde tiempos inmemorables la curiosidad ha sido puente de grandes descubrimientos e invenciones. Por el siglo XVI un par de niños jugaba con un par de lentes mirando la cúpula de una iglesia en Holanda. Uno de estos niños, Zacharias Janssen, años más tarde inventaría el microscopio.

En 1665 Robert Hooke utilizando un microscopio óptico simple, examinó un corte de corteza de corcho y encontró que esta estaba compuesta por una masa de diminutas cámaras o celdillas, que llamó “células”. Años más tarde Matthias Schleiden (1804-1881) un botánico alemán expone sus ideas acerca de que todas las plantas están formadas por células y que el embrión de estas deriva de una célula única, y que el núcleo constituye el “germen” de la célula, el que proviene de una sustancia madre que llenaba las celdillas vistas por Hooke. En esos mismos años Theodor Schwann (1811-1882) un naturalista alemán se dedicó a estudiar diferentes tejidos animales, en una época en la que los instrumentos microscópicos carecían del perfeccionamiento que tienen en la actualidad. A partir de los trabajos de Schleiden y los suyos establecieron que todos los tejidos


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Figura 4.2. A) Un Microscopio Óptico de contraste de fases útil para ver células teñidas o vivas, pero con una resolución baja. (B) El microscopio electrónico de transmisión (MET) produce una imagen de alta resolución que se puede ampliar considerablemente. Se ve corte muy fino del Paramecium. (C) El microscopio electrónico de barrido (MEB) proporciona una clara visión de las características de la superficie.

están formados por células, y que las células vegetales y animales son análogas. Rudolph Virchow un médico alemán en 1885 estableció que las células sólo se forman de otras preexistentes, o sea toda célula proviene de otra célula. Gracias a estos y otros trabajos, es posible concluir también que en la célula se llevan a cabo todos los procesos metabólicos necesarios para la mantención de esta misma. Todo lo anterior permite plantear los postulados de la teoría celular.

La célula se considera hoy, como la unidad mínima de vida, por lo que podemos decir que en el nivel de organización “célula” aparece la propiedad emergente conocida como vida. La tecnología, hoy en día ha permitido construir microscopios cada vez más complejos y con mejores resoluciones, permitiendo adentrarse en el mundo celular de una forma nunca antes vista.

Desafío: Escribe los postulados de la teoría celular (Infiere del texto y/o busca información):

1.-

2.-

3.-

A B C


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Figura 4.3. Clasificación básica de los seres vivos

4.2. Los seres vivos se ordenan en Dominios y Reinos

La célula es fundamental en biología como el átomo lo es en química. Todos los organismos están constituidos por células, ya sean organismos unicelulares o multicelulares, los cuales están conformados por células especializadas que no podrían vivir de forma individual. Estos seres vivos se presentan en una gran diversidad de formas y organizaciones. En base a esto se ha organizado la vida en tres dominios, los cuales a su vez se componen de reinos, 6 en total. Los dominios existentes corresponden al Bacteria, el Archea y el Eukarya. El primero es uno de los procariontes más diversos y ampliamente distribuidos y se

dividen en múltiples reinos. El dominio Archea son seres vivos procariontes que viven en ambientes extremos de la Tierra. Todos los eucariontes se organizan en el dominio Eukarya, el cual da origen a los reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia. Desafío: Hay seres vivos unicelulares (formados por una célula) y multicelulares o pluricelulares

(formados por muchas células). Si los organismos unicelulares corresponden a seres vivos de una

célula. ¿Se cumple en ellos los postulados de la teoría celular? ¿Por qué?

4.3. Las células se pueden clasificar en Procariontes y Eucarionte Los organismos vivos se construyen a partir de células, las cuales pueden diferenciarse en procariontes (griego pro, antes; y karyon, nuez o núcleo) y eucariontes (griego eu, verdadero; y karyon, nuez o núcleo). Esta distinción nace a partir de la presencia o ausencia de núcleo, el cual es una estructura que almacena el material genético hereditario de los organismos vivos. Las células eucariontes son aquellas que presentan núcleo y se encuentran subdividida por membranas internas que forman compartimientos llamados orgánulos celulares (mitocondria, cloroplasto, Golgi, etc.). Las células procariontes son más simples, y por lo general, más pequeñas que las eucariontes. El DNA (material genético) no está separado del resto de la célula en un núcleo, sino que se encuentra disperso en el citoplasma. Además estas células carecen de compartimientos internos, es decir, no poseen organelos membranosos. Tanto en células eucariontes como procariontes es posible encontrar ribosomas dispersos en el citoplasma.

DNA: Es la abreviación en inglés de ADN, ácido desoxirribonucleico.


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Célula………………..…

Célula…………….………

Célula………………..…

En la Figura 4.4 puedes observar un modelo de célula tanto procarionte como eucarionte. El mayor representante de procariontes corresponde a las bacterias, y en el caso de los eucariontes, corresponde a las células animales y vegetales. A pesar de la diferencia en la presencia o ausencia de núcleo, todas las células comparten estructuras en común. Si se observa la figura también se puede notar que tanto células procariontes como eucariontes comparten:

Tabla 4.1. Elementos comunes a una célula, sea esta procarionte o eucarionte

Desafío: Según tu opinión, ¿Podríamos considerar a los virus seres vivos? ¿Por qué?

Estructura Descripción

Membrana plasmática

Rodea la célula confiriéndole el límite con el ambiente. A través de ella la célula interactúa con su entorno, mediante el intercambio de sustancias.

Citoplasma Es la zona que comprende el interior de la célula. Es un medio acuoso en que ocurre la mayor parte del metabolismo celular.

Material genético o ADN

El ADN controla las características estructurales y funcionales de la célula.

Figura 4.4. Agrega Eucarionte o Procarionte arriba de

cada imagen según corresponda.


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Preguntas PSU

4. Entre los elementos que no diferencian a una célula procarionte de una eucarionte se encuentra(n) la presencia de:

I) La membrana plasmática. II) La membrana nuclear. III) Las membranas citoplasmáticas internas.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo I y II. D) I, II y III. E) Sólo III. 5. De los siguientes componentes celulares. ¿Cuáles nos permitirían diferenciar una célula procarionte de una eucarionte, al examinarlas en un microscopio?

Pared celular. Membrana nuclear. Aparato de Golgi. Ribosoma.

A) Sólo I y II. B) Sólo I y III. C) Sólo I y IV. D) Sólo II y III. E) Sólo II y IV. 6. La teoría celular establece que:

I) La célula es la unidad anatómica de los seres vivos.

II) Todas las células presentan la misma estructura intracelular.

III) Toda célula proviene de otra célula preexistente.

IV) La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos.

A) Sólo I y II B) Sólo I, II y III. C) Sólo I, III y IV. D) Sólo II, III y IV. E) I, II, III y IV.

1. “Dos cultivos celulares se exponen a CO2 con el carbono marcado radiactivamente. El cultivo 1 contiene células hepáticas y el 2 contiene algas verdes unicelulares. Después de 30 minutos se analizan las células de ambos cultivos para pesquisar compuestos orgánicos marcados”. Lo anterior corresponde a: A) Una ley. B) Una hipótesis. C) Un marco teórico. D) Un experimento. E) Resultados de un experimento. 2. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones resume de manera más precisa el contenido de la teoría celular? A) Toda célula procarionte o eucarionte proviene de otra célula preexistente. B) Solo las células son sistemas vivos que están en estrecha relación con el medio. C) Todos los sistemas vivos están formados por células o por productos de su actividad. D) La célula es la unidad estructural, funcional y reproductora de los seres vivos. E) La célula es la unidad organizada que gasta mucha energía para mantenerse como tal. 3. Sobre la Teoría Celular, se puede afirmar correctamente que:

I) Un botánico y un zoólogo son los primeros que sentaron las bases de la teoría. II) La disposición de las células de un organismo determina su estructura total. III) Toda célula debe poseer un límite que es la pared celular.



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Capítulo 5: Las células Procariontes y Eucariontes: Objetivos:

- Conocer la gran variedad y funciones de bacterias, células animales y vegetales. - Diferenciar células animales y vegetales. - Identificar estructura y función de los orgánulos celulares eucariontes. - Conocer la teoría endosimbiótica.

Introducción

En el capítulo anterior comprendimos la diferencia que existe entre una célula procarionte de una eucarionte. Si bien ambas son unidades vivas con dinámicas muy similares, sus estructuras que las conforman son muy disímiles en términos específicos. Por esta razón se hace necesario comprender tales diferencias con mayor profundidad. 5.1. La organización de todas las células es básicamente semejante

La organización de las células y su reducido tamaño les permite mantener la homeostasis, es decir, un medio interno en equilibrio. Las células experimentan cambios constantes en su entorno, como las fluctuaciones en la concentración de sales, pH y temperatura; por lo tanto, deben actuar continuamente para restablecer y mantener las condiciones internas que hacen posible el funcionamiento de sus mecanismos bioquímicos.

Para que la célula pueda mantener la homeostasis, su contenido debe estar separado del

entorno exterior. La membrana plasmática es una estructura distintiva que rodea la superficie de todas las células, haciendo de cada una de ellas, un compartimento cerrado, cuya composición química es diferente de la del espacio exterior. Esta membrana funciona como una barrera selectiva entre el contenido celular y el entorno exterior. Las células intercambian materiales con el entorno, pueden acumular las sustancias que necesitan y almacenar energía.

Las células eucariontes, a diferencia de las procariontes, tiene estructuras internas

llamadas orgánulos, que se han especializado en realizar diferentes actividades metabólicas, como convertir la energía en formas utilizables, sintetizar los compuestos que necesita y fabricar las estructuras que permiten su funcionamiento y reproducción.

Independiente del papel que desempeñe la bacteria, todas presentan algunas estructuras

en común. Todas las bacterias son procariontes, por lo que comparten sus características. No

presentan organelos delimitados por membrana en su interior, el DNA no está asociado a histonas

(Desnudo), es circular y se encuentra disperso en el citoplasma, donde también se encuentran los

ribosomas (70s).

5.2. Las células eucariontes se dividen en células animales y células vegetales.

Como ya se mencionó, las células eucariontes se caracterizan por poseer una estructura interna denominada núcleo donde almacenan el DNA construido por un sistema de membranas internas que se ordenan para formar otros compartimientos internos denominados orgánulos. Estas estructuras desempeñan un sin número de funciones relacionadas con el metabolismo,


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respuesta al medio, reproducción, etc. Así también, las células eucariontes poseen estructuras que no se originan a partir de membranas y que desempeñan funciones importantes para la supervivencia celular. Algunas de estas estructuras son los ribosomas, el citoesqueleto y centriolos. Ahora bien, las células eucariontes pueden subdividirse en dos grupos celulares, las células animales y vegetales. Esta distinción se produce ya que algunos orgánulos y estructuras presentes en las células vegetales no se encuentran presente en células animales y viceversa. A continuación revisaremos los orgánulos y estructuras celulares eucariontes, pudiendo diferenciar a partir de ellos células vegetales y animales.

Figura 5.1. A mano izquierda se puede identificar una representación de una célula vegetal y a mano derecha una célula animal.

5.3. El núcleo almacena el DNA y participa en el ensamblaje de ribosomas

Normalmente, el núcleo es el orgánulo más prominente de la célula. En general es esférico u oval y tiene un promedio de 5 μm de diámetro. Debido a su tamaño y a que con frecuencia ocupa una posición relativamente fija cerca del centro de la célula, algunos de los primeros investigadores supusieron, antes de que se dispusiera de evidencias experimentales, que el núcleo servía como el centro de control de la célula.

La envoltura del núcleo, también conocida como carioteca, está formada por dos membranas concéntricas que separan el contenido nuclear del citoplasma circundante, en otras palabras es un orgánulo de doble membrana. Estas se separan aproximadamente por 20 a 40 nm, que se unen a intervalos para formar los poros nucleares. Estos poros, compuestos por 30 proteínas diferentes, regulan el paso de materiales entre el nucleoplasma y el citoplasma. La función principal del núcleo es almacenar la información genética en forma de ADN. El material genético se asocia con proteínas para formar la cromatina, que en un estado de compactación mayor origina los cromosomas, los cuales sólo son visibles en los procesos de división celular. El DNA controla la síntesis de proteínas transcribiendo su información en moléculas de ARN mensajero (ARNm). El ARN mensajero se mueve al citoplasma, donde se fabrican las proteínas. Dentro del núcleo también se encuentra el nucléolo, el cual es una región de DNA donde se sintetiza el ARN ribosómico y se ensamblan los ribosomas.


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5.4. Los ribosomas fabrican proteínas Los ribosomas son orgánulos sin membrana muy pequeños que se encuentran libres en el citoplasma o adheridas a ciertas membranas, como las del Retículo endoplásmico (RE). Los ribosomas se construyen a partir de ARNr (ribosómico) y proteínas y se sintetizan en el nucléolo. Estos orgánulos contienen enzimas necesarias para la formación de enlaces peptídicos que unirán aminoácidos específicos para conformar proteínas según el RNAm leído. Para que un ribosoma sea funcional es necesario que cada una de las subunidades (mayor y menor) que lo conforman se acople.

Figura 5.2. a) La MET y el dibujo interpretativo muestran cómo la envoltura nuclear compuesta de dos membranas concéntricas, está perforada por los poros nucleares. La membrana externa de la envoltura nuclear es continua con la membrana del RE (retículo endoplásmico). El nucléolo no está rodeado por una membrana. (b) MET de los poros nucleares. (c) Los poros nucleares, que están constituidos por proteínas, forman canales entre el nucleoplasma y el citoplasma.

Figura 5.3. Ribosomas libres y adheridos a membrana


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Figura 5.4. RE liso y rugoso

Las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg. En las células eucariotas, los ribosomas del citoplasma alcanzan 80 S y en procariotas, son 70 S. 5.5. El retículo endoplásmico (RE) es una red de membranas internas que funciona como máquina biosintética. En la mayoría de las células el RE es una extensión de la carioteca, por lo que el interior del RE (luz) crea un solo compartimiento interno con las membranas de la envoltura nuclear. Esto podría hacer pensar que el retículo es una estructura de doble membrana, sin embargo el RE es un organelo de membrana simple.

Existen dos tipos de retículos endoplásmicos que se diferencian básicamente en una microfotografía por la presencia o ausencia de ribosomas en sus membranas. Aquel que posee ribosomas se denomina retículo endoplásmico rugoso o RER, mientras que aquel que no los posee se llama retículo endoplásmico liso o REL. (Figura 5.4) A. El retículo endoplásmico liso (REL) sintetiza lípidos. Este organelo es de membrana única (simple) que nace como extensión de la carioteca. En esta membrana no es posible observar ribosomas por lo que asemeja una contextura lisa (de ahí su nombre). Sin embargo es posible encontrar enzimas que catalizan la síntesis de muchos lípidos y carbohidratos. El RE liso es el sitio principal para la síntesis de fosfolípidos y colesterol necesarios para la formación de las membranas celulares. El RE liso sintetiza hormonas esteroides, como las hormonas de la reproducción, a partir del colesterol. En las células hepáticas, el RE liso es importante para degradar enzimáticamente el glucógeno almacenado (el hígado ayuda a regular la concentración de glucosa en la sangre) y para la detoxificación de algunas drogas y el alcohol. El RE liso también almacena iones de calcio, función que cobra importancia en las células musculares. B. El retículo endoplásmico rugoso (RER) sintetiza proteínas. Muchos tipos de células especializadas secretan proteínas producidas por los ribosomas adheridos a la membrana del RER. Por ejemplo, ciertas células del páncreas secretan a la sangre la proteína insulina, una hormona importante en la regulación de la glicemia. A medida que la proteína es sintetizada en el ribosoma asociado, ingresa a la luz del RER. Aquí las proteínas se ensamblan y se pueden modificar por enzimas que les añaden carbohidratos o lípidos. Las proteínas procesadas adecuadamente se transfieren a otros compartimentos de la célula por medio de pequeñas vesículas de transporte, que se desprenden en forma de yemas de la membrana del RE y entonces se fusionan con la membrana del orgánulo de destino.


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Figura 5.5. Transporte de proteínas por parte del Golgi. 1.- Los polipéptidos sintetizados en los ribosomas se introducen en la luz del RE. 2.- Se añaden azúcares, para formar las glucoproteínas. 3.- Las vesículas de transporte envían las glucoproteínas a la cara cis del complejo Golgi. 4.- Las glucoproteínas sufren modificaciones adicionales en el complejo de Golgi. 5.- Las glucoproteínas se mueven hasta la cara trans donde son empaquetadas en vesículas de transporte. 6.- Las glucoproteínas son transportadas hasta la membrana plasmática (u otros orgánulos). 7.- El contenido de la vesícula de transporte se libera fuera de la célula.

Ribosomas

RE

Glicoproteína

5.6. El aparato de Golgi procesa, clasifica y modifica las proteínas.

En muchas células, el complejo de Golgi está formado por pilas de sacos membranosos (simples) y aplanados llamados cisternas. Cada uno de los sacos aplanados tiene un espacio interno o luz. El complejo de Golgi contiene compartimentos independientes así como otros interconectados. Cada saco del complejo de Golgi tiene tres áreas, que se conocen como cara cis y cara trans (o región cis y trans), y la región media entre ambas (Figura 5.5). Normalmente, la cara cis (la superficie de entrada) se orienta hacia el núcleo y recibe materiales de las vesículas de transporte procedentes del RE. La cara trans (la superficie de salida), se orienta hacia la membrana plasmática; empaqueta moléculas en vesículas y las transporta fuera del complejo de Golgi.

Las proteínas provenientes del RER a medida que avanzan a través del complejo de Golgi, se modifican de diversas formas, principalmente sufriendo modificación o adición de azúcares, proceso conocido como glicosilación. Por ejemplo, se puede modificar el carbohidrato que forma parte de una glicoproteína (que se agregó primero a las proteínas en el RE rugoso). En algunos casos, el carbohidrato puede constituir una “señal de clasificación”, algo así como un código postal celular que etiqueta la proteína, dirigiéndola a un orgánulo específico, a la membrana plasmática o bien al medio extracelular. (Figura 5.5)

5.7. Los lisosomas son compartimientos para la digestión celular

Los lisosomas son pequeños sacos de enzimas digestivas que se dispersan en el citoplasma de la mayoría de las células animales. Estos sacos participan en la hidrólisis de las sustancias ingeridas por las células y en el reciclaje de materiales intracelulares (autofagia). Los investigadores han identificado aproximadamente 40 enzimas digestivas diferentes en los lisosomas. Ya que las enzimas lisosomales son activas en condiciones de preferencia ácidas, los lisosomas mantienen un pH de aproximadamente 5 en su interior. Las enzimas hidrolíticas y la membrana lisosómica se producen en el RE rugoso y luego son transferidas al aparato de Golgi para continuar su procesamiento. Por lo menos, algunos lisosomas se originarían por brote desde la cara trans del aparato de Golgi. Estos orgánulos digestivos son de membrana simple.

Membrana plasmática


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Las potentes enzimas y el bajo pH que mantiene el lisosoma proporcionan un excelente ejemplo de la importancia de la separación de funciones dentro de la célula en diferentes compartimentos. Bajo la mayoría de las condiciones normales, la membrana del lisosoma limita sus enzimas y sus acciones. Sin embargo, algunas formas de daño tisular están relacionadas con “fugas” de los lisosomas. Un mecanismo de autodestrucción programada celular (apoptosis), es permitir que, bajo ciertas condiciones, los lisosomas liberen sus contenidos al citosol. Los lisosomas son posibles de identificar en todas las células animales, pero hasta el día de hoy los científicos no los han identificado en células vegetales. 5.8. Las vacuolas son compartimientos de mantenimiento.

Las vacuolas son los orgánulos encargados de llevar a cabo la función lisosomal en las células vegetales. Estos compartimientos no poseen una estructura interna, de ahí su nombre (vacío). Están conformados por membrana simple, llamada tonoplasto, y suelen ocupar el mayor porcentaje del volumen celular, hasta el 80%.

Las vacuolas (Figura 5.1) cumplen roles importantes con respecto al crecimiento y desarrollo de las plantas. Cuando las plantas son pequeñas contienen muchas y pequeñas vacuolas, pero a medida que crecen estas pequeñas vacuolas se fusionan y permiten el crecimiento celular permitiendo el ingreso de agua a estas estructuras.

En su interior, estos compartimientos poseen agua, alimento, sales, pigmentos, residuos metabólicos, compuestos inorgánicos, proteínas (semillas), por lo que son verdaderos almacenes. Otra función es mantener la homeostasis y conferir resistencia mecánica a las células vegetales, por medio de la presión de turgencia. Esta presión se origina dado que las vacuolas contienen una alta cantidad de solutos disueltos, toma agua y empuja la pared celular hacia fuera. 5.9. Los peroxisomas metabolizan compuesto orgánicos pequeños.

Los peroxisomas son orgánulos de una sola membrana y contienen enzimas de oxidación. Durante estas reacción se produce peróxido de hidrógeno (de ahí su nombre). Este compuesto es tóxico para las células por lo que en este mismo compartimiento se encuentra la enzima catalasa que transforma el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. También llevan a cabo funciones de síntesis, almacenamiento y degradación de lípidos (Betaoxidación). De hecho, algunas enfermedades neurológicas están asociadas a un mal funcionamiento de estos organelos, ya que ellos sintetizan ciertos fosfolípidos que forman parte de las membranas nerviosas.

5.10. Las mitocondrias y los cloroplastos son compartimientos que convierten energía.

Para vivir es imprescindible obtener energía del medio, la cual puede estar en forma química o luminosa. Estas formas de energías deben transformarse en formas que las células puedan aprovechar de forma apropiada. Estas transformaciones se llevan a cabo en parte en el citoplasma y otra parte en las mitocondrias y cloroplastos. Las primeras se encuentran en la gran mayoría de células eucariontes mientras que los cloroplastos sólo los podemos encontrar en algas y ciertas células vegetales.


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Estos dos organelos poseen muchas características en común. Ambos están estructurados por un sistema de doble membrana, poseen pequeñas cadenas de DNA en su interior así como también ribosomas, tiene la capacidad de reproducirse por sí solos. ¿Te hizo click? Si, las mitocondrias y cloroplastos son muy similares a las bacterias, al punto de que la comunidad científica postula la teoría endosimbiótica o endosimbiosis seriada. Desafío: Averigua sobre la teoría endosimbiótica o endosimbiótica seriada y explícala como si estuvieras enseñándosela a un compañero. (Ayúdate con dibujos) Las mitocondrias generan ATP a partir de la respiración celular

Casi todas las células eucariontes contienen mitocondrias, en la cual ocurre la respiración aeróbica, proceso que requiere de oxígeno para transformar la energía química presente en los alimentos en ATP. Durante este tipo de respiración se libera dióxido de carbono y agua (Ver figura 5.6). Las mitocondrias son numerosas en células con altos requerimientos energéticos, llegándose a encontrar 1000 mitocondrias en algunos tipos celulares. Dado su gran número y la frecuencia con que su ADN sufre mutaciones, las mitocondrias son cuna para muchas enfermedades genéticas como la ceguera juvenil y algunas asociadas a degeneración muscular progresiva.

5.11. Los cloroplastos convierten la energía de la luz en energía química por medio de la fotosíntesis.

Ciertas células de plantas y algas realizan la fotosíntesis, proceso que consiste en un conjunto de reacciones durante las cuales la energía de la luz se transforma en energía química. El proceso se lleva a cabo en el cloroplasto, orgánulo que contiene clorofila, un pigmento encargado de captar los haces de luz y canalizarla hacia estos procesos químicos. Un alga unicelular puede tener un solo cloroplasto grande, en cambio las células de una hoja pueden llegar a tener entre 20 y 100.

Los cloroplastos pertenecen a un grupo de orgánulos, conocidos como plastidios o plastos, que producen y almacenan materiales alimenticios en las células vegetales y de algas. Todos los plastidios se desarrollan a partir de proplastidios, orgánulos precursores que se encuentran en células vegetales menos especializadas, especialmente en tejidos no desarrollados en crecimiento. Dependiendo de las funciones específicas que finalmente tendrá una célula, sus proplastidios se pueden desarrollar en diversos plastidios maduros especializados. Son orgánulos extremadamente versátiles; de hecho, bajo determinadas condiciones, incluso los plastidios maduros pueden cambiar de una forma a otra.

Los cloroplastos se producen cuando los proplastidios se estimulan por la exposición a la

luz. Los cromoplastos contienen pigmentos que dan a ciertas flores y frutos sus colores característicos; estos colores atraen a los animales que sirven como polinizadores o como mecanismos de dispersión de las semillas. Los leucoplastos son plastidios sin pigmento; incluyen amiloplastos, que almacenan almidón en las células y en muchas semillas, raíces y tubérculos (como las papas).


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La membrana mitocondrial externa es lisa y permite el paso de muchas moléculas a través de ella. Por el contrario, la membrana mitocondrial interna tiene numerosos pliegues y regula estrictamente el tipo de moléculas que la pueden atravesar. Los pliegues, llamados crestas, se extienden hacia dentro de la matriz. Las crestas aumentan considerablemente el área superficial de la membrana mitocondrial interna, proporcionando una mayor superficie para las reacciones químicas que transforman la energía química de las moléculas alimenticias en energía de ATP. La membrana contiene las enzimas y otras proteínas necesarias para estas reacciones. El espacio intermembrana es el compartimento que se forma entre las membranas mitocondriales externa e interna. La matriz mitocondrial, es el compartimento limitado por la membrana mitocondrial interna, contiene enzimas que degradan las moléculas alimenticias y convierten su energía a otras formas de energía química.

Las dos membranas encierran el cloroplasto y lo separan del citosol. La membrana interna rodea un espacio lleno de líquido llamado estroma, que contiene enzimas. Estas enzimas producen carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua, utilizando la energía captada por la luz del Sol. En el estroma, se encuentra un sistema de membranas internas que consisten en grupos de sacos aplanados en forma de disco conectados entre sí llamados tilacoides. Estos están organizados en pilas llamadas grana. Las membranas tilacoidales encierran los compartimentos más internos del cloroplasto, la luz del tilacoide. La clorofila está presente en las membranas tilacoidales que internas, están implicadas en la formación de ATP.

Figura 5.6. Mitocondria

Figura 5.7. Cloroplasto.


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Desafío: Representa la respiración celular y la fotosíntesis como reacciones químicas, indicando reactantes, productos. Averigua si existe participación de enzimas en estos procesos, de ser positivo. ¿Cuál es la función general que están realizando las enzimas en estas reacciones?

5.12. El citoesqueleto es un armazón interno dinámico que está implicado en diversos tipos de movimiento celular

Las células no son estructuras rígidas, sino más bien dinámicas, constantemente muchas de ellas cambian su forma dada las condiciones del medio. El interior tampoco es nada rígido, sino por el contrario, el citoplasma es un lugar donde constantemente vesículas se desplazan, proteínas se transportan, sustancias se degradan etc. ¿Cómo las células aseguran tal dinamismo? Pues a través del citoesqueleto, el cual es una red densa de fibras de proteínas que proporcionan resistencia mecánica, forma, capacidad de moverse, permitir tanto la división celular como el transporte a las células.

El citoesqueleto es muy dinámico y está en continuo cambio. Su armazón está constituido por tres tipos de filamentos de proteína: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. Tanto microfilamentos como microtúbulos están formados por subunidades de proteínas globulares (en forma de perlas) que se pueden ensamblar y desensamblar rápidamente. Los filamentos intermedios están formados por subunidades de proteínas fibrosas y son más estables que los microtúbulos y los microfilamentos.

5.13. Centrosomas y centriolos actores en la división celular eucarionte animal.

En muchas células los microtúbulos se desarrollan a partir de un centrosoma, el cual por lo general se encuentra cerca del núcleo y se considera un centro organizador de microtúbulos. Estos microtúbulos funcionan como vigas resistentes a la compresión del citoesqueleto. En el centrosoma de una célula animal hay un par de centriolos, cada uno compuesto por nueve juegos de tripletes de microtúbulos en forma de anillo (ver Figura 5.7). Aunque los centriolos pueden participar en el ensamblaje de los microtúbulos, no son esenciales para esta función en todos los eucariontes, los centrosomas de la mayoría de las plantas carecen de centriolos, pero tiene icrotúbulos bien organizados.


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Microtúbulos Microfilamentos Filamentos intermedios

Estructura Los microtúbulos se forman en la célula por la adición de dímeros de tubulina-α y tubulina-β a un extremo del cilindro hueco. Observe que el cilindro tiene polaridad. El extremo que se muestra en la parte superior de la figura es el de crecimiento rápido (extremo más); el extremo opuesto conocido como extremo menos.

Un microfilamento está compuesto por dos cadenas entrelazadas de moléculas de actina, semejantes a perlas.

Los filamentos intermedios son fibras flexibles de 10 nm de diámetro. Cada filamento intermedio está constituido por componentes llamados protofilamentos, compuestos de subunidades proteínicas enrolladas.

Función Mantención de la forma celular. Movimiento de los cromosomas en la división celular. Movimiento de vesículas intracelulares.

Mantenimiento de la forma celular. Contracción celular Corriente citoplasmática. Motilidad celular. División celular, anillo de contracción.

Mantención de la forma celular. Formación de la lámina nuclear. Anclaje del núcleo y otros organelos.

Tabla 5.2. Resumen de estructuras del citoesqueleto.

Figura 5.8. Microfotografía de centriolos en una célula animal.

Pueden observarse su disposición cilíndrica. A la derecha la

disposición 9+0 (con 9 tripletes de microtúbulos periféricos y ninguno

central.


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Preguntas PSU

Me debería importar: Los biólogos saben bastante acerca de los componentes que forman las paredes celulares de las plantas, pero no tienen datos suficientes para modelar los componentes de la pared celular como un sistema. ¿Estaría usted a favor de invertir los fondos del gobierno en la investigación y la tecnología que permitiría a los investigadores poder modelar la pared celular? ¿Por qué si o por qué no? ¿Sería diferente su respuesta si considera que una mejor comprensión de la pared celular podría permitir a los biólogos manipular el crecimiento de las plantas, la maduración de la fruta y la textura de ciertos alimentos?

1. ¿Qué tipo de célula es la mejor para estudiar los

lisosomas?

A) Una célula muscular.

B) Una célula nerviosa.

C) Un fagocito.

D) Una célula de la hoja de una planta.

E) Una célula bacteriana.

2. Las células del páncreas incorporan aminoácidos

marcados con radioactividad en las proteínas. Este

“marcado” de proteínas recientemente sintetizadas

permite al investigador seguir la localización de

estas proteínas en la célula. En este caso estamos

siguiendo a una enzima que eventualmente es

secretada por las células pancreáticas. ¿Cuál de las

siguientes es la vía más probable de los movimientos

de esta proteína en la célula?

A) RE aparato de Golgi núcleo

B) Aparato de Golgi RE lisosoma

C) Núcleo RE Aparato de Golgi

D) RE aparato de Golgi vesículas que se

fusionan con la membrana plasmática

E) RE Lisosomas vesículas que se fusionan

con la membrana plasmática

3. Si se bloquea la acción de las enzimas del retículo endoplasmático liso de una célula animal, a corto plazo, disminuirá directamente la síntesis de:

A) enzimas. B) fosfolípidos. C) polisacáridos. D) ácidos nucleicos. E) proteínas de membrana.

4. Si una célula sintetiza mucho colesterol, debe poseer un gran desarrollo de: A) Lisosomas. B) Ribosomas. C) Aparato de Golgi. D) R.E.L. E) R.E.R. 5. Si experimentalmente se bloqueara la polimerización y despolimerización de los microtúbulos, es posible afirmar que dicho bloqueo tendría serias consecuencias en el (la):

Desplazamiento de los espermatozoides en la reproducción.

Movimiento de cromosomas en la división celular.

Secreción de sustancias por exocitosis.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III.


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Capítulo 6: La membrana plasmática

Objetivos:

- Evaluar que las membranas son estructuras semipermeables que ayudan a mantener la

homeostasis celular.

- Entender que las membranas tienen una estructura básica a partir de fosfolípidos y

proteínas, las cuales desempeñan infinidad de funciones.

- Describir el modelo de mosaico fluido.

- Describir que la membrana plasmática permite la generación de gradientes.

- Distinguir que a través de la membrana se llevan a cabo transporte de sustancias, los

cuales pueden darse de forma activa o pasiva.

Introducción

Para mantener su actividad y todos sus procesos, es necesario que la célula pueda

asegurar un medio ambiente interno adecuado. Cada célula está rodeada por una membrana

plasmática, que en pocas palabras, la separa del exterior definiendo de esta forma una unidad

distinta del medio. (En una hoja en blanco dibuja un círculo y ahí tienes, dos sectores, uno interior,

dentro del círculo y otro exterior, fuera del círculo). Pero las membranas no sólo definen el

“adentro y fuera” sino que también regulan el paso de sustancias de un lado a otro, manteniendo

el medio interno estable.

Las membranas tienen propiedades que les permiten llevar a cabo muchas funciones

vitales: regulan el paso de sustancias, dividen a la célula en compartimientos, dan lugar para

muchas reacciones químicas, se adhieren y comunican con otras células, y transmiten señales

entre el medio externo y el interno de la célula. La pregunta es entonces ¿Cómo logran todo esto?

6.1. Estructura de la membrana plasmática, básicamente fosfolípidos y proteínas.

La Membrana plasmática se estructura a partir de una clase de lípidos llamados

fosfolípidos y por un gran número de proteínas. Estos componentes desarrollan lo que se conoce

como el Modelo de mosaico fluido.

Como recordaras (Capítulo 3, página 34) los fosfolípidos son un tipo de lípido que contiene

dos cadenas de ácidos grasos unidos a dos de los átomos de carbono de una molécula glicerol. Las

cadenas de ácidos grasos constituyen la parte no polar, hidrofóbica (rechazo al agua) del

fosfolípidos. El tercer carbono del glicerol se encuentra unido a un grupo fosfato, cargado

negativamente, por tanto hidrofílico (Ver figura 6.1). Por tanto, debido a su estructura el

fosfolípidos es una molécula anfipática. Lo anterior es importante de comprender, ya que estos

tipos de lípidos lo principales responsables de las propiedades físicas de las membranas, ya que

algunos de ellos tiene ciertas particularidades, entre ellas formar bicapas y micelas.


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Un fosfolípido consiste en una cola hidrófoba, formada por dos ácidos grasos, y una cabeza hidrofílica, que incluye un glicerol unido a un grupo fosfato, que a su vez está unido a un compuesto orgánico que puede variar. Las cadenas hidrófobas de ácidos grasos no están expuestas al agua, mientras que las cabezas hidrofílicas de fosfolípidos están en contacto con el agua, formando una bicapa. (Figura 6.1)

Por otro lado las proteínas que conforman la membrana son de dos clases principalmente.

Las proteínas transmembrana, las cuales atraviesan completamente la membrana plasmática una

o hasta 24 veces. Por otro lado, las proteínas periféricas, las cuales no atraviesan la bicapa, sino

que se encuentran por uno de sus dos lados, interno o externo (ver figura 6.3). Independiente del

tipo de proteína, estas presentan una orientación asimétrica en toda la membrana, esto dado la

alta especificidad con que las proteínas se insertan en la bicapa.

Desafío: Coloca en la imagen, el tipo de

proteína que se está señalando:

Transmembrana o periférica.

Figura 6.1. Estructura de un fosfolípidos y una bicapa.


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Desafío: Averigua y enumera de forma general, las funciones que las proteínas desempeñan en las

membranas biológicas. Escoge una y explica.

6.2. El modelo del mosaico fluido

En 1935, al examinar la membrana plasmática de los eritrocitos de los mamíferos y comparar su superficie con el número total de moléculas de lípidos por célula, los primeros investigadores calcularon que la membrana no tenía más de dos moléculas de fosfolípidos de espesor. Con el desarrollo del microscopio electrónico en la década de 1950, los biólogos celulares pudieron ver la membrana plasmática por primera vez. Estas imágenes reafirmaban el modelo aceptado en la época, el modelo sándwich de proteína-lípido-proteína propuesto por H. Davson y J. Danielli (Ver figura 6.2). Sin embargo, no fue hasta 1972, donde S. Jonathan Singer y Garth Nicolson de la Universidad de California en San Diego propusieron un modelo de la estructura de membrana que representa una síntesis de las propiedades conocidas de las membranas biológicas. De acuerdo con su modelo de mosaico fluido (Ver figura 6.3), una membrana celular consiste en una bicapa fluida de moléculas de fosfolípidos en la que las proteínas están incrustadas o asociadas de alguna forma, al igual que las fracciones de azulejos en una imagen de mosaico. Sin embargo, este patrón de mosaico no es estático, porque las posiciones de muchas de las proteínas están cambiando constantemente al moverse como icebergs en un mar fluido de fosfolípidos.

Figura 6.3. En la imagen

se observa la estructura

de una membrana

plasmática según el

modelo del mosaico

fluido.

Figura 6.2. Modelo de membrana plasmática

propuesto por H. Davson y J. Danielli. Modelo tipo

Sándwich Proteína-lípido-proteína.


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Figura 6.4. En la primera imagen se observa un gradiente de

concentración. En la segunda un movimiento a favor del

gradiente, y en la tercera un movimiento en contra del

gradiente.

Desafío: ¿De qué otra forma las células pueden regular la fluidez de sus membranas? (Ayuda:

Fosfolípidos)

Una membrana es permeable a una sustancia dada si permite que la sustancia pase a

través de ella y es impermeable si no lo hace. La estructura del mosaico fluido de las membranas

biológicas les permite funcionar como membranas de permeabilidad selectiva o semipermeables,

dejando que algunas, pero no todas, pasen a través de ellas. En respuesta a las diversas

condiciones ambientales o las necesidades de la célula, una membrana puede ser una barrera para

una sustancia particular en un momento y promover activamente su paso en otro momento.

Mediante la regulación del tráfico químico a través de su membrana plasmática, una célula

controla su volumen y su composición interna iónica y molecular. Esta regulación permite que la

composición molecular de la célula sea bastante

diferente a la de su entorno externo.

Estos movimientos de sustancia a nivel individual es totalmente impredecible y no tienen dirección, en grupo estas partículas puden tener comportamientos que pueden ser predecibles. En un medio cualquiera si las partículas no están distribuidas uniformemente, entonces existiran al menos dos regiones diferentes, una con mayor concentración de partículas y otro de menor concentración. Esta diferencia de sustancias en un lugar respecto de otro establece un gradiente de concentración.

Las membranas plasmáticas son estructuras fluidas y semipermeables. Para que la membrana funcione correctamente, sus lípidos deben presentar un estado de

fluidez óptimo. A temperaturas normales, las membranas son fluidas, pero a bajas temperaturas

son más rígidas debido al ralentizamiento de las cadenas de ácidos grasos. El estado fluido de la

membrana depende de sus componentes lipídicos.

El colesterol, un esteroide que se encuentra en las membranas de células animales, es un

verdadero amortiguador de fluidez, ya que a bajas temperaturas actúa como separador

impidiendo la solidificación. Los vegetales tienen otras moléculas similares al colesterol para

regular su fluidez.


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A partir de este gradiente, es que se establecen dos mecanimos de transporte de sustancias a través de la membrana plasmatica, el pasivo y el activo. El transporte pasivo es un tipo de transporte en donde las sutancia se movilizan a favor de un gradiente de concentración, quiere decir, las sustancias se movilizan de una región de alta concentración a otro de baja concentración. Este tipo de movimiento por tanto sólo utiliza la energía en forma de diferencia de potencial y no en forma de energía metabólica (ATP). En el transporte activo, las sustancia se movilizan desde regiones de baja concentración a otro de alta concentración, el movimiento es contra el gradiente, por lo que se hace necesario un gasto de energía en forma de ATP. 6.3. El transporte pasivo: difusión simple y facilitada El transporte pasivo no requiere que la célula gaste energía metabólica. Muchos iones y moléculas pequeñas se mueven a través de las membranas por difusión. Hay dos tipos de difusión, la difusión simple y la difusión facilitada. En la difusión simple a través de una membrana biológica, moléculas pequeñas de soluto, no polares (sin carga) se mueven en forma directa a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración. El oxígeno y el dióxido de carbono se pueden difundir con rapidez a través de la membrana. La razón de difusión simple está directamente relacionada con la concentración del soluto; a mayor concentración de soluto, más rápida será la difusión. La osmosis es difusion de agua a través de la membrana.

Figura 8.6. El tubo en U está dividido en dos secciones por una membrana semipermeable que permite que las moléculas de solvente (agua) pasen libremente, pero excluye las moléculas de soluto. Se coloca una disolución de agua y soluto a un lado, y agua pura en el otro. Debido a la diferencia en la concentración efectiva del agua, hay un movimiento neto de moléculas de agua desde el lado del agua pura (con una alta concentración efectiva de agua) hacia el lado del agua y soluto (con una concentración efectiva de agua menor). Como resultado, el nivel del fluido desciende en el lado del agua pura y se eleva en el lado del agua y soluto.

Desafío: ¿Qué es la presión osmótica?

La Osmosis es un tipo especial de difusión que implica el movimiento neto de agua (el principal solvente en los sistemas biológicos) a través de una membrana semipermeable de una región de mayor concentración a una región de menor concentración.


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Figura 6.6. Representación general de los dos tipos de difusión que se realizan a través de

la membrana.

Cuando una célula se coloca en un medio con la misma presión osmótica, no se produce movimiento neto de moléculas de agua tanto hacia el interior o el exterior. La célula no se hincha ni encoge. En estas condiciones decimos que la célula se encuentra en un medio isotónico, el medio tiene la misma concentración que el fluido interno. Por otro lado, si el fluido externo tiene una mayor concentración de sustancias disueltas en comparación con el interior de la célula, hablamos de un medio hipertónico. En estas situaciones una célula experimentará una fuga de agua, dado que el exterior tiene una menor concentración efectiva de agua. Si la célula corresponde a una animal, se experimentará una crenación, en caso de una célula vegetal sufrira plasmólisis. Ahora bien, si el medio posee una concentración menor de sustancia con respecto al interior celular, estamos frente a un medio hipotónico. En estas condiciones, la concentración de agua es menor en el interior celular, por lo que la difusión neta de agua será en la dirección exterior-interior. Si la célula animal esta en estas condiciones, se hinchará hasta estallar, sufriendo citólisis. Si corresponde a una célula vegetal, el agua ingresara a la célula, la vacuola aumentara de volumen a tal punto de presionar la membrana celular contra la pared celular vegetal, esto corresponde a lo que se conoce como presión de turgencia.

En la difusión facilitada, una proteína de transporte específica hace que la membrana sea permeable a un soluto en particular, como un ion específico o una molécula polar. Se puede trasladar un soluto específico desde el interior de la célula al exterior o desde el exterior al interior, pero el movimiento neto es siempre de una región de mayor concentración de soluto a una región de menor concentración. Las proteínas de canal y las proteínas transportadoras realizan la difusión facilitada por diferentes mecanismos.

Medio Extracelular Célula Vegetal Célula Animal

Hipotónico Turgencia Citólisis

Hipertónico Plasmólisis Crenación

Tabla 6.1. Resumen conceptual de los procesos que experimentan las células animales y

vegetales sometidas a distintas soluciones.


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Desafío: La imagen a continuacion, corresponde a una célula animal en diferentes medios.

Identifica el medio y explica el fenómeno que sufre la célula.

Esta otra imagen corresponde a una célula vegetal en diferentes medios. Identifica el medio y explica el fenómeno que sufre la célula. ¿Por qué se ven esos efectos en la imagen de la planta? ¿De qué forma podrías asociarlo?

A B C

A B C


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Vesícula celular: Pequeño saco

intracelular encerrado en una membrana

que almacena y transporta sustancias

dentro de la célula, y se forman de

manera natural como resultado de las

propiedades de los lípidos de las

membranas.

Transporte Activo: Bombas, Exocitosis y Endocitosis.

Aunque unas pocas sustancias se mueven en cantidades suficientes a través de las membranas celulares por difusión, las células deben transportar activamente muchos solutos contra un gradiente de concentración. La razón es que las células requieren muchas sustancias en concentraciones mayores que su concentración fuera de la célula.

Un sistema de transporte activo puede bombear materiales de una región de baja concentración a una región de alta concentración. La energía almacenada en ese gradiente además de no poder ser usada por la célula, trabaja contra ella. Por esta razón, la célula necesita alguna otra fuente de energía para llevar a cabo el movimiento de sustancias. En muchos casos, las células utilizan energía directamente del ATP. Sin embargo, el transporte activo también puede ser acoplado al ATP de forma indirecta. En el transporte activo indirecto, un gradiente de concentración proporciona la energía para el cotransporte de alguna otra sustancia, tal como un ion, así la sustancia se “aprovecha” de este transporte y se acopla al movimiento del ion, permitiendo el transporte de ambas sustancias.

Las bombas, la clásica bomba sodio-potasio ATPasa.

Las bombas de sodio-potasio (así como todas las otras bombas potenciadas por ATP) son proteínas transmembrana que se distribuyen alrededor de la membrana. Al experimentar una serie de cambios conformacionales, las bombas intercambian el sodio por el potasio a través de la membrana plasmática. A diferencia de lo que ocurre en la difusión facilitada, por lo menos uno de los cambios conformacionales en el ciclo de la bomba requiere energía, que proporciona el ATP. La

Figura 6.7. Cotransporte de glucosa a partir del transporte de Na+


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forma de la proteína bomba de sodio potasio cambia en el ciclo, cuando un grupo fosfato del ATP primero se une a ella y posteriormente es retirado.

La Exocitosis, una forma de liberar hormonas y desechos.

En la exocitosis, una célula expulsa productos de desecho, hormonas, neurotransmisores (en el caso de las neuronas) y otras sustancias mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática tal como señala la figura 6.9 En la endocitosis la célula importa materiales

En la endocitosis la célula incorpora materiales. Estos materiales pueden ser de dos tipos: sólidos y tipo fluido. En el primero de los casos hablamos de una fagocitosis y en el segundo de pinocitosis. (Ver figura 6.10) Desafío: Realiza un esquema de resumen de los transporte que se dan a través de la membrana. Puedes usar criterios como gasto de energía, si requiere cambios estructurales, gradientes de concentración etc.

Figura 6.8. La bomba de sodio-potasio es una proteína transportadora que requiere energía del ATP. En cada ciclo completo de bombeo, la energía de una molécula de ATP se utiliza para exportar tres iones de sodio (Na+) e importar dos iones de potasio (K+).

Figura 6.9. En la imagen se observa

una representación de una exocitosis

La vesícula se aproxima a la membrana plasmática

Se fusiona con ella y

Libera su contenido fuera de la célula


75

Desafío: haz un mapa conceptual con los siguientes conceptos: célula eucarionte,

procarionte, membrana plasmática, pared celular bacteriana, pared celular vegetal, fosfolípidos, proteínas transmembrana, colesterol, fluidez, transporte activo, difusión, osmosis, exocitosis, pinocitosis, hipertónico, plasmólisis, crenación, presión de turgencia. Me debería importar: La irrigación extensiva en las regiones áridas causa una acumulación de sales en el suelo. (El agua contiene concentraciones bajas de sales pero, cuando el agua evapora de los campos, las sales remanentes se concentran en el suelo). Basándose en lo que ha aprendido acerca del equilibrio acuoso en las células vegetales, explique ¿Cuáles serían los efectos de este fenómeno sobre la agricultura? Sugiere maneras de minimizar este daño. ¿Qué costes conllevan sus soluciones?

A

Figura 6.10. En las imágenes se observan representaciones de A.- una endocitosis del tipo fagocitosis y

en B.- una Pinocitosis.

B


76

Preguntas PSU

1. El charqui es carne salada que se deshidrata. Esta carne no se descompone en el proceso, porque las bacterias que podrían afectarla sufren

A) Citólisis. B) Crenación. C) Turgencia. D) Hemólisis. E) Plasmólisis.

2. ¿Cuál de los siguientes factores tendería a

incrementar la fluidez de la membrana?

A) Una proporción mayor de fosfolípidos no saturados.

B) Una proporción mayor de fosfolípidos saturados.

C) Una temperatura más baja. D) Un contenido elevado de proteínas dentro

de la membrana. E) Una proporción mayor de glucolípidos

relativamente grandes en comparación con los lípidos que tienen masas moleculares más pequeñas.

3. Ciertos protozoos tienen en su citoplasma

una alta concentración de iones sodio, a pesar de vivir en un medio en el que este ion se encuentra muy diluido. Esta acumulación intracelular de iones sodio es posible por la existencia de:

A) difusión facilitada. B) difusión simple. C) transporte activo. D) exocitosis. E) osmosis.

4. En la figura se muestra un experimento en el cual se ha puesto una bolsa membranosa cerrada conteniendo una solución acuosa de proteínas, en el interior de un vaso que contiene solo agua.

Del experimento, se puede deducir correctamente que:

I) La membrana es semipermeable. II) El movimiento de las moléculas es por

osmosis. III) Las proteínas son muy grandes para

atravesar los poros de la membrana.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III.

5. ¿Cuál(es) de las siguientes no es una función de la membrana plasmática?

I) Transporta materiales. II) Ayuda estructuralmente en el enlace de las

células. III) Tiene receptores que transmiten señales. IV) Ancla la célula a la matriz extracelular. V) Fabrica proteínas.

A) Solo I. B) Solo II. C) Solo V. D) II y IV. E) I, II, III y IV.


77

6. En cotransporte (transporte activo indirecto):

A) un uniportador mueve un soluto a través de una membrana en contra de su gradiente de concentración.

B) el movimiento de un soluto a favor de su gradiente de concentración proporciona la energía para el traslado de algunos otros solutos hasta que logre su gradiente de concentración.

C) una proteína del canal de iones se mueve por difusión facilitada.

D) la osmosis impulsa el movimiento de iones en contra de su gradiente de concentración.

E) el sodio se traslada directamente en una dirección, y el potasio es indirectamente transportado en la misma dirección.

7. Desde el punto de vista estructural y funcional, la membrana plasmática se define fundamentalmente como: A) Proteica y permeable. B) Lipídica y semipermeable. C) Lipoproteica y permeable. D) Lipoproteica y semipermeable. E) Proteica y semipermeable.

8. ¿Cuál (es) de las siguientes acciones realizarías para averiguar si una sustancia ingresa a la célula por difusión simple?

I) Inhibir a toda proteína que transporte sustancias.

II) Inhibir la fabricación de ATP. III) Tapando los poros ubicados entre los

fosfolípidos. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III.

9. El desarrollo del conocimiento científico biológico está marcado por diversos hitos importantes. ¿Cuál de los siguientes hitos sentó las bases para el desarrollo de los otros cuatro?

A) Formulación de las leyes de la herencia. B) Descubrimiento de la vía de secreción de

las proteínas. C) Planteamiento del modelo del mosaico

fluido. D) Planteamiento de la teoría endosimbiótica. E) Formulación de la teoría celular.

10. En el grafico se muestra la velocidad de transporte de una sustancia X hacia el interior celular. A partir del grafico es posible inferir que la sustancia X:

A) Ingresa por transporte activo. B) Ingresa por difusión simple debido a la

carga eléctrica que posee. C) Es demasiado grande e ingresa por

medio de exocitosis. D) Ingresa por difusión facilitada. E) La sustancia X es una droga y bloquea

el gasto de ATP al interior de la célula.


78

Capítulo 7: Respiración celular

Objetivos: - Comprender el metabolismo celular como la totalidad de reacciones químicas que ocurren

en el interior de la célula. - Conocer los elementos básicos de la respiración celular. - Reconocer moléculas de importancia en el proceso de catabolismo de la glucosa. - Analizar las diferencias entre respiración aerobia y anaerobia.

Introducción

El carbono es uno de los elementos determinantes de todos los procesos vitales. Este átomo forma la estructura básica de las moléculas orgánicas que construyen y mantienen vivos a los organismos. Como sabemos, este elemento es capaz de unirse fuertemente con otros átomos de carbono y formar largas y complejas cadenas que constituyen los elementos básicos, ‘ladrillos’ con los que se sostiene toda la estructura vital. Todos los animales, incluyendo al hombre (heterótrofos), obtienen el carbono al consumir vegetales (autótrofos), éstos son los únicos capaces de asimilarlo mediante la fotosíntesis, un proceso clave para mantener la vida en la Tierra.

7.1. Metabolismo celular. La vida en la Tierra es sostenida por el Sol. De la energía emitida por éste, aproximadamente el

1% es retenido por los vegetales en forma de energía química, lo que a su vez permite la sobrevivencia del resto de los organismos en el planeta. La totalidad de las transformaciones bioquímicas que ocurren en un organismo, ya sea en el sentido de la fabricación, o bien de la degradación, se denomina metabolismo.

El metabolismo tiene la función de obtener la

energía química del ambiente, ya sea a partir de reacciones químicas inorgánicas o de la energía luminosa, (por ejemplo, los autótrofos, como los organismos fotosintéticos) o bien a partir de los nutrientes fabricados por otros organismos, como heterótrofos.

En ambos casos la energía liberada se utiliza en la fabricación de las macromoléculas que rigen la estructura y función celular: proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se dan en un organismo vivo. Las reacciones químicas son mediadas por enzimas y ocurren de una manera ordenada. Puede ser una secuencia lineal (vía metabólica) como la glucólisis o, de una manera cíclica (ciclo metabólico), como el ciclo de Krebs. Los compuestos químicos intermedios constituyen los metabolitos.

Organismos Autótrofos: Son todos

aquellos organismo capaces de

elaborar su propio alimento. Esto lo

hacen mediante la transformación

de elementos inorgánicos en

compuestos orgánicos como el

almidón en las plantas.

Organismos Heterótrofos: Son

todos aquellos organismos que no

son capaces de elaborar su propio

alimento. Estos se alimentan de

sustancias orgánicas elaboradas por

organismos autótrofos o

heterótrofos.


79

En el metabolismo se distinguen 2 tipos de reacciones químicas: las catabólicas y las anabólicas:

a. Reacciones catabólicas. Son todas aquellas reacciones que originan degradación de moléculas complejas en sus componentes más simples, con liberación de energía (exergónicas) que se utiliza posteriormente en procesos de biosíntesis y otras actividades específicas de la célula.

A + B C + D + ENERGÍA

b. Reacciones anabólicas. Son todas aquellas reacciones que requieren energía para sintetizar moléculas y macromoléculas necesarias para el funcionamiento celular, que se caracteriza por la reducción de un sustrato. Las reacciones anabólicas requieren el suministro de energía, por tanto, son endergónicas.

A + B + ENERGÍA C + D

Ambas fases están íntimamente relacionadas, ya que la energía que se produce durante el

catabolismo, así como las moléculas precursoras que se obtienen, son necesarias para el desarrollo de las reacciones del anabolismo.

De esta forma, podemos afirmar que el catabolismo y el anabolismo forman parte de un reciclado y renovación de los constituyentes de la célula. Las moléculas que están dentro de la célula se degradan todo el tiempo y se reemplazan por moléculas recién sintetizadas, es decir, hay un equilibrio entre lo que se sintetiza y lo que se degrada.

En conjunto ambas fases desempeñan las siguientes funciones: - Obtención de energía química (ATP) a partir de la degradación de biomoléculas, como

glúcidos, lípidos y proteínas. - Obtención de moléculas precursoras, es decir, moléculas indispensables para la

síntesis de las biomoléculas como monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos - Síntesis de biomoléculas como glúcidos, lípidos y proteínas.

Figura 7.1. Anabolismo y Catabolismo. Obsérvese que en las reacciones anabólicas se

requiere energía y en las catabólicas se libera energía (en forma de ATP).


80

7.2. Leyes de la termodinámica.

Los procesos celulares obedecen a las leyes físicas y químicas que explican el complejo orden que lleva a desarrollo y sobrevivencia de los organismos vivos. La célula es un sistema abierto que está en permanente intercambio con el medio externo. a. Primera ley de la termodinámica.

En todo proceso ocurren transformaciones de energía, pero la energía total se mantiene constante. De otro modo se puede decir que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Un buen ejemplo es la oxidación de la glucosa.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O El número de átomos de C, H y O se conserva al inicio y el final del proceso. Todo lo que ocurrió fue que se extrajo la energía (ATP) de los enlaces que forman la molécula de glucosa. b. Segunda ley de la termodinámica.

Esta ley establece que ninguna reacción química es 100% eficiente, ya que en cada una se libera algo de energía como calor. Por ejemplo, no toda la energía luminosa que llega a una planta se transforma en energía química, pues una parte se transforma en calor. En el caso de las biomoléculas, las cuales están formadas por esqueletos hidrocarbonados, los enlaces C – C y C – H son muy energéticos, pero el estado más estable de los átomos de carbono e hidrógeno es el dióxido de carbono y el agua respectivamente, puesto que éstos son menos energéticos.

Figura 7.2. Rutas metabólicas más importantes.

Figura 7.3. Pérdida energía en

forma de calor.


81

Algunos conceptos básicos

Oxidación Es una reacción química donde se pierden electrones o se ganan oxígenos.

Reducción Es una reacción química donde se ganan electrones o se pierden oxígenos.

Coenzimas Son pequeñas moléculas orgánicas no proteicas que transportan grupos químicos entre enzimas. A veces se denominan co-sustratos. Estas moléculas son sustratos de las enzimas y no forman parte permanente de la estructura enzimática.

NAD+

Nicotinamida-adenina-dinucleótido, es una coenzima que se encuentra en todas las células vivas. En el metabolismo, el NAD participa en las reacciones redox (oxidorreducción), transportando electrones de una reacción a otra. Esta molécula se puede encontrar en dos estados, el de oxidación NAD+ y el de reducción NADH.

FAD+

Flavina-adenina-dinucleótido, es una coenzima que se encuentra en todas las células vivas. En el metabolismo el FAD también participa en raciones redox. Esta molécula se puede encontrar en su estado oxidado FAD+ o en su estado reducido FADH2.

ATP Adenosín-trifosfato, es una molécula (nucleótido) altamente energético, es decir, es la principal fuente de energía de las células del organismo.

Citocromos

Son proteínas integrales de membrana, ubicados específicamente en la membrana interna de la mitocondria, y cuya función es formar la cadena trasportadora de electrones para que se lleve a cabo la fosforilación oxidativa.

7.3. Catabolismo celular y respiración celular. El catabolismo está representado principalmente por el conjunto de reacciones que integran la Respiración Celular, proceso por el cual se degradan los nutrientes, principalmente la glucosa, pero también los aminoácidos y ácidos grasos. Las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son de tipo oxidativas.

Figura 7.5. Producción de energía a partir de glucosa.

a. Catabolismo de la glucosa.

La respiración aeróbica es la oxidación de glucosa a CO2 y H2O. La importancia del proceso radica en el papel central que desempeña el catabolismo. Algunas de las etapas de la oxidación de glucosa son comunes al catabolismo de los ácidos grasos y los aminoácidos. Glucólisis: Es la lisis o degradación de la glucosa. Se lleva a cabo en el citoplasma celular, en ausencia de O2, es decir, en condiciones anaeróbicas. En esta etapa la molécula de glucosa de seis

Figura 7.4. Estructura de la molécula

de ATP.


82

carbonos se divide en dos moléculas de tres carbonos llamadas ácido pirúvico. Como resultado de esta división, se obtienen moléculas ricas en energía como el ATP y el poder reductor del NADH.

b. Catabolismo del piruvato.

Esta etapa es distinta según se produzca en ausencia o presencia de oxígeno.

Ausencia de Oxígeno: También llamada condición anaeróbica corresponde a un proceso llamado fermentación.

Fermentación: Es una estrategia catabólica para utilizar una fuente de energía en ausencia de un aceptor externo de electrones, el oxígeno. En esta vía alternativa al ácido pirúvico producido por la glucólisis puede ser convertido, por ejemplo, en etanol por medio de la fermentación alcohólica, la cual ocurre en algunos tejidos vegetales y levaduras, o en ácido láctico por medio de la fermentación láctica, la que ocurre en tejidos como el músculo esquelético y en algunos procariontes.

Figura 7.7. Tipos de Fermentación A: Fermentación Láctica y B: Fermentación Alcohólica.

La fermentación permite regenerar el NAD+ para que continúe realizándose la fase productora

de ATP de la glucólisis. La fermentación se considera un proceso energéticamente pobre.

A B

Figura 7.6. Glucólisis. Aquí la glucosa pierde hidrógenos (se oxida), formando dos moléculas de ácido pirúvico, lo que permite reducir dos coenzimas (NADH) y además se obtienen 2 moléculas de ATP netos.


83

Presencia de Oxígeno: También llamada condición aeróbica, en el que el oxígeno actúa como aceptor de electrones. Este proceso ocurre dentro de un organelo muy especial, la mitocondria.

Mitocondria

La mitocondria es el organelo encargado de generar energía dentro de la célula (Revisa la estructura en el capítulo 5). Para generar la energía es necesario que se lleven a cabo la Descarboxilación oxidativa, proceso que también es llamado Acetilación, en el que se degrada el ácido pirúvico hasta acetil-CoA, proceso que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial, el Ciclo de Krebs y el transporte de electrones. Ciclo de Krebs

También llamado ciclo de ácido cítrico. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. Es una secuencia cíclica de reacciones, en la cual el Acetil-CoA que se obtuvo del catabolismo del piruvato en presencia de O2, se oxida a CO2, H2O, y poder reductor formado a partir de las coenzimas NAD y FAD, que se convierten respectivamente en NADH y FADH2, que son moléculas donadoras de electrones a la cadena de transporte de electrones para que ésta sintetice ATP.

Ésta es una vía anfibólica, es decir, es una ruta que se utiliza tanto en procesos catabólicos como en procesos anabólicos, puesto que los compuestos integrantes del ciclo son puntos de partida para la biosíntesis de carbohidratos, ácidos grasos, muchos aminoácidos y otros compuestos de importancia bioquímica. Constituyen también una vía común final para la degradación aeróbica de los productos del catabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Figura 7.9. Ciclo de Krebs. En este ciclo no sólo se termina de oxidar la glucosa, además es una vía común de oxidación de todas las moléculas combustibles: ácidos grasos, glicerol y aminoácidos. También provee esqueletos carbonados para la síntesis de compuestos orgánicos.

c. Transporte de electrones y síntesis de ATP.

Se lleva a cabo en la membrana mitocondrial interna, implica la oxidación liberadora de

energía. El NADH y FADH2 son moléculas reducidas que donan electrones a la cadena trasportadora de electrones (se oxidan), cuyo último aceptor es el oxígeno.

Figura 7.8. Oxidación del Piruvato o formación del acetil CoA, este proceso se realiza en las mitocondrias y representan la conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.


84

El funcionamiento de la cadena de transporte de electrones se puede explicar según la teoría quiomiosmótica de Mitchell, la cual postula que la transferencia de electrones va acompañada de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. El transporte de protones al espacio intermembrana produce un gran gradiente de cargas eléctricas y de pH entre el espacio y la matriz, llamado potencial electroquímico. Este potencial electroquímico proporciona la energía necesaria para que la ATP sintasa forme ATP, proceso completo que recibe el nombre de fosforilación oxidativa.

Etapas Transportadores reducidos Número de ATP

Glucólisis 2 NADH 2 ATP

Formación de Acetil CoA 2 NADH -

Ciclo de Krebs 6 NADH 2 FADH2

2 ATP

Fosforilación oxidativa - 34 ATP

Total: 38 ATP

Tabla 7.1. Rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O. Se sintetizan 3 moléculas de ATP, al oxidar una molécula de NADH y 2 moléculas de ATP al oxidar una molécula de FADH2.

Figura 7.10. Eventos más importantes de la

respiración celular.

Figura 7.11. Cadena transportadora de electrones. Esta

cadena se localiza en la membrana interna de la

mitocondria y es la responsable de generar la mayor

cantidad de ATP dentro del proceso respiratorio.

Figura 7.10. Citocromo ATP sintasa.

Esta es la bomba encargada de la

síntesis de ATP en la mitocondria.

Figura 7.12. Eventos más

importantes de la

respiración celular.


85

Figura 7.13. Esquema resumen del proceso de respiración celular.

¿Sabías que?, cada NADH

equivale a 3 ATP y cada

FADH2 equivale a 2 ATP.


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Preguntas PSU

Desafío: En tu cuaderno, elabora un mapa conceptual con los siguientes conceptos: Respiración celular, anabolismo, catabolismo, metabolismo, fermentación, ciclo de Krebs, glucolisis, Descarboxilación oxidativa.

1. En la glucólisis no es posible observar:

A) Producción de ATP.

B) Producción de piruvato.

C) Oxidación de la glucosa.

D) Reducción de coenzimas.

E) Producción de dióxido de carbono.

2. En la mitocondria no es posible

observar:

A) Liberación de CO2.

B) Producción de ATP.

C) Producción de agua.

D) Oxidación de glucosa.

E) Reducción y oxidación de coenzimas.

3. De no haber oxígeno, el catabolismo

puede producir:

Acetil CoA.

Lactato.

Ácido oxaloacético.

Etanol y CO2.

A) Sólo I y II.

B) Sólo II y III.

C) Sólo III y IV.

D) Sólo I y III.

E) Sólo II y IV.

4. El O2 sirve en la respiración celular

como:

A) Aceptor de electrones.

B) Dador de electrones.

C) Fuente de energía.

D) Catalizador.

E) Cofactor o coenzima.

5. En la respiración aeróbica se libera CO2,

durante la:

Glucolisis.

Ciclo de Krebs.

Oxidación del piruvato.

A) Sólo I.

B) Sólo II.

C) Sólo II y III.

D) Sólo I y II.

E) I, II y III.

6. En la respiración celular aeróbica

humana de una célula animal se:

Libera CO2.

Reducen coenzimas.

Producen H2O metabólica.

A) Sólo I.

B) Sólo II.

C) Sólo III.

D) Sólo II y III.

E) Sólo I, II y III.

7. El proceso de fosforilación oxidativa

ocurre en:

A) El citoplasma.

B) La membrana externa mitocondrial.

C) La membrana interna mitocondrial.

D) La matriz mitocondrial.

E) El espacio de intermembrana.


87


88

Capítulo 8: Material genético y Mutaciones

Objetivos:

- Reconocer al núcleo como portador de la información genética.

- Conocer la estructura química de la molécula de ADN.

- Comprender el concepto de cariotipo y cariograma humano.

- Analizar los experimentos clásicos relacionados al ADN.

- Reconocer las distintas mutaciones genéticas y su intervención en el fenotipo.

Introducción

Como has visto en los capítulos anteriores, las células son estructuras cuya propiedad

emergente es la vida, que poseen una estructura y función extraordinariamente ordenada; nos

referimos a funciones como el transporte de sustancias, la síntesis de ATP, la síntesis de ADN, la

oxidación de la glucosa, entre muchos otros procesos. Estas funciones son analizadas por los

científicos de forma previsible y tales expectativas dejan en claro que los investigadores de antaño

creyeron que las células eran gobernadas por una serie de “Instrucciones” intracelulares y que

estas a su vez, eran transmitidas generación tras generación.

Actualmente sabemos que esas “instrucciones” provienen de un

organelo celular de gran importancia, nos referimos al núcleo, el cual posee

en su interior el material genético de la célula. Este material genético es el

ADN, molécula de estructura simple cuyas siglas significan ácido

desoxirribonucleico. El ADN es importante porque guarda dentro de su

estructura la información o “instrucciones” de todas las características de un

individuo, por ejemplo el color de ojos, la estatura, la contextura, el color de

piel, entre muchos otros.

8.1. Un poco de historia: Concepciones del ADN desde el siglo XIX hasta la actualidad.

Robert Brown, botánico escocés, describe en 1831 el núcleo de células eucariotas.

Matthias Schleiden, botánico alemán, y su compatriota Theodor Schwann, naturalista, establecen

en 1839 la teoría celular: todos los animales y plantas consisten en agregados de células, las que

constituyen la mínima unidad de vida. Proponen que todo organismo comienza con una única

célula y que las criaturas multicelulares se forman por sucesivas divisiones celulares. Es importante

destacar también que el ADN fue aislado por vez primera en 1869 por el bioquímico F. Miescher,

pocos años antes de que Darwin publicara su libro “El origen de las especies” y que Mendel

presentaras sus resultados a la sociedad científica.

Miescher se dio cuenta que la sustancia aislada era blanca, azucarada, ligeramente ácida y

contenía fosforo. Por lo tanto decide llamarla “nucleía”, por haberla encontrado en el núcleo de

las células. Este nombre luego cambia al de ácido nucleico y mucho después en ácido

desoxirribonucleico (DNA), para distinguirlo del ácido ribonucleico (RNA).


89

Posteriormente en 1885 el bioquímico alemán Albrecht Kossel concluyó que en los ácidos

nucleicos había una azúcar, pero no pudo precisar cuál.

Análisis químicos posteriores demostraron que el cromosoma eucarionte contenía ADN y

proteínas alcalinas llamadas histonas. Pero en ese entonces no se tenía certeza de que fuera el

ADN la molécula portadora de la herencia de todos los caracteres y se creía que las proteínas

también podrían cumplir con dicha función (eran las segundas candidatas por el hecho de ser una

molécula compleja).

Finalmente, se pudo demostrar que el ADN era la molécula portadora de la información

genética y no las proteínas. Estas demostraciones comenzaron en la década del 1920 y culminaron

unos veinte años después con los experimentos de Griffith, Avery, Hershey y Chase, Meselson y

Stahl, entre otros. -Estos experimentos serán profundizados en el módulo electivo de biología-.

Desafío: Lee el siguiente texto y contesta las preguntas.

Se tienen dos especies de acetabularias,

especie de alga marina, una de ellas, tiene

un sobrero en forma de sombrilla (A), otra

tiene un sombrero rasgado con estructuras

en forma de pétalos (B). Si se elimina el

sombrero, se forma uno nuevo. Luego se

eliminó el pie (el cual lleva el núcleo) y el

sombrero de la especie (A) y se implanto un

pie de la especie (B) en la especie (A). El

sombrero que se obtiene tendrá las

características de ambas especies, si es

cortado crecerá uno nuevo con las

características de la especie (B).

Figura 8.1. De izquierda a derecha tenemos el

esquema de la molécula de ADN, ARN y

Proteína. Recuerda que el ADN es bicatenario,

es decir, posee dos hebras y el ARN es

monocatenario, sólo posee una hebra.

1. ¿Cuál es el rol que cumple el núcleo en este experimento?

2. ¿Por qué el primer sombrero formado después del primer trasplante es de tipo

intermedio?


90

Luego de haber respondido este experimento ya no cabe duda que efectivamente el

ADN es el material hereditario o genético de la célula. Pero esta molécula no se encuentra sola

sino que acompañada de proteínas alcalinas llamadas histonas dando forma a lo que conocemos

como cromatina. Esta puede estar en grados variables de condensación y está separada del

citoplasma por la membrana nuclear, también llamada carioteca.

8.2. La cromatina

La cromatina es la sustancia que se encuentra en el núcleo celular y está formada por

ADN y proteínas. Las proteínas que la componen pueden ser de dos tipos: histonas y no histonas.

La cromatina al ser contenida en ese pequeño espacio, debe experimentar nuevos y sucesivos

grados de enrollamientos. Ahora cabe preguntarse ¿Quién es el responsable de dicho

enrollamiento? La respuesta está en estas proteínas llamadas histonas, las cuales forman

octámeros para que el ADN se enrolle sobre esta proteína, formando “cuentas de un collar”

llamadas nucleosomas. Los nucleosomas se organizan en grandes bucles enrollados unidos entre

sí mediante proteínas no histonas. Se definen cinco niveles de organización de la cromatina.

1. ADN dúplex o doble hélice desnuda.

2. Hebra nucleosomal.

3. Fibra de cromatina.

4. Dominios cromosómicos.

5. Cromosomas metafásicos.

La cromatina la podemos encontrar en dos fases distintas, la primera se llama

Eucromatina y la segunda Heterocromatina. Se le denominará Eucromatina a las regiones de

cromatina laxamente empaquetadas y que posee genes activos. Por el contrario la

Heterocromatina se refiere a la porción de ADN densamente empaquetada y con genes inactivos.

Figura 8.2. Niveles de organización del ADN.


91

8.3. Los cromosomas

Cuando una célula eucarionte se va a dividir, es decir,

cuando va a generar dos células hijas a partir de ella,

la cromatina duplicada se pliega sobre sí misma varias

veces, formando unos corpúsculos visibles al

microscopio óptico, llamados cromosomas. Estos

cromosomas poseen dos estructuras idénticas

llamadas cromátidas hermanas, unidas a su vez por

otra estructura llamada centrómero.

Figura 8.3. A la izquierda imagen real de un

cromosoma visto al microscopio. A la

derecha tenemos un esquema en cuyo

interior nos muestra el enrollamiento del

ADN.

Figura 8.4. Esquema de un cromosoma y

sus partes más importantes.

Los cromosomas sólo son observables

durante la división celular, sobre todo en

metafase mitótica. A continuación se

describirán las partes que lo componen.

Figura 8.5. Esquemas de cromosomas

según la posición de sus centrómeros: (A)

Metacéntrico, (B) Submetacéntrico y (C)

Acrocéntrico.


92

8.4. Células haploides y diploides

Las células somáticas (células que constituyen a un individuo, a excepción de las células sexuales o

germinales) tienen dos juegos de cromosomas y se les denomina diploide (2n). Los gametos o

células sexuales tienen sólo un juego cromosómico, denominándose células haploides, y se

simboliza como (n). El número normal de cromosomas en la especie humana es de 46; donde 44

cromosomas son autosomas (22 pares) y los otros 2 cromosomas son sexuales (1 par).

Todas las células de un individuo de una misma de una misma especie tienen el mismo

número de cromosomas. Cada cromosoma está ordenado en un par y cada miembro se denomina

cromosoma homólogo.

Partes constituyentes de un cromosoma

Cromátida: Corresponden a las dos mitades idénticas de un cromosoma las cuales de unen

por el centrómero de estas. La cromatina de una cromátida es la copia de la cromatina de

su hermana (es por esto que suelen ser llamadas como cromátidas hermanas). Estas

cromátidas son las que se separarán durante el proceso de mitosis para asegurar que cada

célula hija reciba su correspondiente material genético.

Centrómero: Este centrómero o constricción primaria divide al cromosoma en dos brazos

que se designan p (petit) para el brazo corto y q para el brazo largo. La posición del

centrómero permite clasificar a los cromosomas en tres tipos principales:

Metacéntricos: cuando el centrómero es más o menos central y los brazos son de

aproximadamente igual longitud.

Submetacéntricos: cuando el centrómero está alejado del centro y los brazos son

desiguales.

Acrocéntricos: cuando el centrómero está cerca de uno de los extremos y uno de

los brazos es muy corto.

Cinetocoro: Porción del centrómero del cromosoma a la cual se une las fibras del uso

mitótico.

Telómero: Son los extremos protectores de los cromosomas que consisten en secuencias

de ADN cortas, simples y no codificadoras que se repiten muchas veces.

Constricción secundaria: Zona de los cromosomas que resultan constantes en posición y

tamaño, útiles para identificar un cromosoma en particular.

Satélite: Pequeñas protuberancias de material cromosómico en las puntas de algunos

cromosomas.


93

Figura 8.6. Par de

cromosomas homólogos.

Los cromosomas homólogos son cromosomas del mismo tamaño, de la misma forma y con la misma disposición de los genes. Los cromosomas homólogos forman pares de cromosomas. En cada ser humano, al menos 22 pares de cromosomas corresponden así a parejas de cromosomas homólogos. El par 23, el de los cromosomas sexuales, se compone de cromosomas homólogos en las mujeres (cromosomas X y X) pero de dos cromosomas diferentes en los hombres (cromosomas X e Y, siendo denominados como cromosomas Heterólogos).

8.5. Cariotipo y cariograma

El cariotipo es el conjunto de

cromosomas diploide (2n) de

un organismo determinado y

que describe las características

de sus cromosomas. Todas las

células de una especie poseen

el mismo tipo de cariotipo, por

lo tanto podemos hablar del

cariotipo de un organismo o

una especie. El concepto de

cariotipo se usa con frecuencia

para referirse a un cariograma,

el cual es un esquema, foto o

dibujo de los cromosomas de

una célula metafásica

ordenados de acuerdo a su

morfología (metacéntricos,

submetacéntricos,

Acrocéntricos) y tamaño, que

están caracterizados.

Finalmente decir que estos

representan a todos los

individuos de una especie.

Figura 8.7. Proceso de obtención de un cariograma humano.


94

Desafío: Responde verdadero o falso y justifica las falsas. (Responde en tu cuaderno)

8.6. Genotipo, fenotipo y ambiente

El genotipo corresponde a la totalidad de la información genética que un individuo

presenta en su genoma y que puede transmitir generación tras generación. Es distinto en cada

especie e influye sobre los aspectos que nos distinguen de otros individuos. Constituyen tanto los

genes alelos que se expresan como los que no se expresan.

No confundir el concepto de genotipo con el de genoma, si bien pareciera que fueran

iguales, existen diferencias notorias entre ellos. El genoma corresponde a todo el material

genético contenido en las células de un organismo. Si hablamos de un organismo eucarionte

Figura 8.8. Esquema de un cariograma humano. En definitiva el cariograma es la representación

gráfica de un cariotipo convencional. Fíjate que este cariograma dispone de pares de cromosomas

numerados del 1 al 22 (autosomas) más un par sexual (cromosomas sexuales). ¿El cariotipo

representado en este cariograma a qué sexo le pertenece?

1. ____ Los cromosomas son los portadores de los genes, los que transmiten

información hereditaria de padres a hijos.

2. ____ El ADN se encuentra en el núcleo siempre densamente compactado

asociado a proteínas.

3. ____ Los cromosomas homólogos responden a la condición de diploidía en que

se ordena la información genética.

4. ____ En el núcleo celular podemos encontrar exclusivamente ADN.


95

Figura 8.9. Estos gemelos poseen el mismo

genotipo, pero sus fenotipos son muy distintos.

Esta es una prueba más de que el ambiente juega

un rol fundamental a la hora de determinar la

expresión del genotipo.

entonces debemos considerar el ADN contenido en el núcleo celular y en las mitocondrias que

este contenga (Genoma es igual a considerar el ADN nuclear más ADN mitocondrial).

Para dejar en claro esta situación te proponemos que analices el siguiente ejemplo

sencillo y burdo: Juan posee en sus células dos genes (gen x – gen z), esto correspondería a su

genoma nuclear, sin embargo su genotipo (información) dice que el “gen x” codificará para ojos

azules y el “gen z” lo hará para ojos verdes.

El fenotipo se puede definir de manera sencilla como la expresión del genotipo, teniendo

siempre en consideración la respectiva interacción con el medio ambiente. Algunos ejemplos de

fenotipo serían el color de ojos, la estatura, la forma del cabello, entre muchos otros. Sin embargo

es importante dejar en claro que no todo fenotipo es visible, como los grupos sanguíneos, la

expresión de enzimas como la amilasa salival o la presencia de hormonas como la insulina.

Como ya te pudiste dar cuenta, en la manifestación del genotipo influye el ambiente que

rodea al gen, como por ejemplo: los otros genes circundantes, el citoplasma, nutrientes y el propio

medio externo en que se desarrolla el individuo.

8.7. Mutaciones

En general se denomina mutación a cualquier cambio en la cantidad o estructura del

material hereditario de un organismo, que tiene como resultado un cambio de las características

hereditarias del mismo. Bajo este concepto de mutación se agrupan tanto los cambios hereditarios

que afectan a un solo gen, denominados mutaciones puntuales, como los que afectan al número o

estructura de los cromosomas, llamados cambios cromosómicos.

Algunas enfermedades genéticas son provocadas por anormalidades en el número o en la

estructura de los cromosomas y son tan graves que pueden detectarse en el cariograma. Las

transformaciones o mutaciones más comunes a nivel de los cromosomas y que provocan

enfermedades las cuales se describen más adelante.


96

Figura 8.10. Tipos de mutaciones cromosomales estructurales.

Mutaciones cromosomales estructurales:

Son cambios que afectan la estructura normal de los cromosomas. Las alteraciones

estructurales se deben a rupturas cromosómicas que ocurren dentro de un cromosoma o entre

cromosomas no homólogos. Entre estas tenemos:

Deleción: Son pérdidas de fragmentos cromosómicos.

Duplicación: Consiste en la repetición de un fragmento en un cromosoma.

Inversión: Se produce cuando en un cromosoma ocurren dos rupturas, el segmento gira

en 180º y se vuelve a incorporar al cromosoma.

Traslocación: Son intercambios o transferencias de fragmentos cromosómicos entre

cromosomas no homólogos.

Mutaciones Cromosomales numéricas

Son cambios que aumentan o disminuyen el número de cromosomas alterando la dotación

cromosómica normal de los individuos. Existen dos tipos: las Poliploidías y las Aneuploidías.

La Poliploidía es una alteración del número de cromosomas que afecta a juegos

completos. Los organismos que presentan más de dos juegos de cromosomas se denominan

poliploides. La poliploidía puede deberse a la unión de genomas de una misma especie, en cuyo

caso se conoce como autopoliploidía, o a la unión de genomas de especies diferentes, conocido

como alopoliploidía. Existen varios mecanismos de formación de autopoliploides pero los más

frecuentes son la fecundación de un óvulo por más de un espermatozoide y la formación de

gametos diploides por un error durante la meiosis. En los animales la autopoliploidía es rara, y

suele conllevar la muerte del individuo. En los vegetales sin embargo es relativamente frecuente y

los individuos poliploides son de mayor tamaño y más vigoroso que los normales diploides.


97

La Aneuploidía es una anomalía

numérica que afecta a uno o varios

cromosomas, pero no a todo el

genoma. La aneuploidía se origina

por la no disyunción de una o

varias parejas de cromosomas

homólogos durante la meiosis.

Algunos de los gametos resultantes

tendrán cromosomas de más y

otros, en cambio, los tendrán de

menos. Al ser fecundados estos

gametos por otros normales

originarán cigotos con cromosomas

de más o bien con cromosomas de

menos. Los organismos

aneuploides presentan,

generalmente, anomalías

fenotípicas características y son

poco viables. Los casos más frecuentes de aneuploidía son aquellos en los que aparece un

cromosoma sin homólogo (monosomía) y los que presentan un cromosoma extra en una pareja

cromosómica (trisomía) Algunos ejemplos de aneuploidías en el hombre son:

ANEUPLOIDÍAS HUMANAS MÁS FRECUENTES

Alteración Síndrome Frecuencia Cuadro clínico

Au

toso

mo

pat

ías

Trisomía 21 Down 1,5 / 1.000 nacidos

Retraso mental. Braquicefalia. Rasgos faciales mongoloides. Alteraciones diversas (oculares, cardíacas, etc.)

Trisomía 18 Edwards 1 / 6.766 Deficiencia mental profunda. Malformaciones renales y cardíacas.

Trisomía 13 Patau 1 / 4.600 Deficiencia mental profunda. Malformaciones cardíacas, genitales, cerebrales y dactilares.

Go

no

som

op

atía

s

XXX (mujeres) Triple X 1 / 1.000 Retraso mental moderado. Alteraciones neuropsíquicas.

X0 (mujeres) Turner 0,3 / 1.000 Genitales infantiles. Esterilidad. Estatura baja.

XXY (varones) Klinefelter 1,4 / 1.000 Genitales pequeños. Falta de espermatogénesis. Retraso mental moderado.

XYY (varones) Duplo Y 1 / 2.000 Trastorno de conducta (agresividad). Estatura elevada.

Figura 8.11. Tipos de poliploidía a partir de una célula

euploide (normal) 2n=8.

Tabla 8.1. Aneuploidías presentes en el ser humano.


98

Preguntas PSU

Figura 8.12. Cariograma de una persona con Síndrome de

Down. Observen la trisomía en el par número 21.

1. El experimento de Hammerling (1930) con el alga unicelular Acetabularia permitió deducir:

I) El citoplasma porta la información para el desarrollo de la sombrilla.

II) El núcleo porta la información para el desarrollo de la sombrilla.

III) La regeneración de la sombrilla es característica exclusiva de una especie de Acetabularia.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo II y III. E) Sólo I y III.

2. ¿Cuál término incluye a los otros cuatro? A) DNA. B) Histona. C) Cromatina. D) Nucleosoma. E) Cromosoma.

4. ¿Qué número de heterocromosomas presenta la especie humana? A) 2. B) 4. C) 23. D) 44. E) 46.

5. El análisis del cariotipo de una especie permite obtener información sobre esa especie tal como su (s):

I) Genes característicos. II) Anomalías cromosómicas. III) Constitución cromosómica.


3. Respecto al cariograma humano, es falso decir que:

I) Es el ordenamiento sistematizado de los cromosomas basado en el tamaño, forma y número.

II) En el cariotipo todos los cromosomas son llamados “Cromosomas autosomales”.

III) En la especie humana un cariotipo normal macho presente 23 pares de cromosomas homólogos.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III.


99

Me debería importar: La nueva tecnología está permitiendo a los científicos crear terapias eficaces de genes para tratar enfermedades graves. En el futuro la terapia génica se puede utilizar para tratar condiciones tales como la adicción o trastornos bipolares. ¿Qué pasa si la terapia de genes se pudiera utilizar para producir niños con capacidad atlética, capacidad artística, o alto índice de inteligencia? ¿Tiene preocupaciones éticas sobre estas posibilidades? Si es así, ¿dónde y cómo se marca la línea?


100

Capítulo 9: El ciclo celular Objetivos:

- Comprender el ciclo celular como un mecanismo de división celular - Entender que la interfase es un periodo de preparación previo a la división - Aprender que en la etapa S de la interfase es donde ocurre replicación del DNA - Comprender que el resultado del ciclo celular son dos células hijas completamente

idénticas a la célula progenitora. Introducción

¿Cómo la piel puede renovarse completamente una vez a la semana? ¿Cómo la lagartija liolemus chilensis puede regenerar su cola una vez perdida? ¿Cómo puede un organismo unicelular reproducirse? Incluso ¿Cómo nosotros llegamos a ser individuos conformados por cerca de 37 billones de célula, cuando en un inicio sólo somos una? Bien, las respuestas a estas preguntas podrían ser diversas, pero en su fondo apelan al mismo proceso, la división celular.

El proceso de división celular es una parte integral de lo que se conoce como ciclo celular, que es la vida de una célula desde el momento en que se forma por primera vez a partir de una célula progenitora hasta su propia división en dos células. Transmitir un material genético idéntico a las células hijas es una función crucial de la división celular.

9.1. El ciclo celular incluye la interfase y la fase M

Una célula que se encuentra en el ciclo celular, destina la gran parte del tiempo que toma este ciclo en la etapa conocida como interfase, mientras que el tiempo restante del ciclo, es destinado al proceso de división celular propiamente tal, conocido como Fase M que incluye la Mitosis y la citocinesis (Ver Figura 9.2). Si el ciclo celular tardara 12 horas, la interfase tomaría 11,5 horas mientras que la mitosis duraría 30 minutos.

La interfase consiste en un período en el cual la célula se mantiene activa metabólicamente sintetizando materiales necesarios (proteínas, lípidos, enzimas, etc.) y creciendo. Este período consta de tres fases: G1, S y G2.

Figura 9.1. Liolemus chilensis y la regeneración de su cola.

Figura 9.2. El ciclo celular es la serie de eventos consecutivos que ocurren en la vida de una célula. El ciclo celular incluye la interfase (G1, S y G2) y la fase M (mitosis y citocinesis). El tiempo proporcional invertido en cada fase o etapa varía entre las especies, tipos celulares, y condiciones de crecimiento.


101

De las 3 etapas de la Interfase, la más relevante corresponde a la fase S. Durante la fase de síntesis, o fase S, el ADN se replica y las proteínas histonas son sintetizadas para que la célula pueda hacer una copia de sus cromosomas.

G1

- Aumento del crecimiento y metabolismo

- Duplicación de organelos. Mitocondrias y/o cloroplastos se duplican por fisión binaria, dado que tienen DNA propio.

- Fase más larga

- Enzimas que participan replicación DNA están más activas

S - Proteínas histonas son sintetizadas

- DNA se replica

- Centriolos se duplican

G2 - Aumento síntesis de proteínas

- Más corta en comparación a las anteriores

- Condensación de DNA, formación de cromosomas

9.2. Durante la Fase S se replican los cromosomas, duplicando la cantidad de DNA Antes de la Fase S, el DNA se encuentra en forma de fibra de cromatina larga y delgada, que de ser representada por medio de un cromosoma, este tendría la estructura que se ve en la Figura 9.3 (a), este tipo de cromosoma se llama cromosoma simple, conformado solo por una cromátida. Durante la Fase S, esta fibra de cromatina se replica, obteniendo una nueva fibra idéntica a la original. Cuando la célula entra en la Fase M, es posible observar el cromosoma con dos cromátidas unidas en el centrómero, esto se llama cromosoma doble y se dice que son cromátidas hermanas. Se debe recordar que durante la Interfase los cromosomas no son visibles, sólo es posible ver el material genético en forma de cromatina, tal como se muestra en la Figura 9.4. Los cromosomas sólo son visibles en la Fase M.

Tabla 9.1. Se mencionan los eventos más significativos de cada una de las etapas de la interfase.

Figura 9.4. Se representa una célula en Interfase. Se debe considerar que durante la interfase el DNA se encuentra condensado en forma de cromatina.

Figura 9.3. (a) Antes de la duplicación del material genético en la Fase S, el DNA se encuentra como un cromosoma simple. (b) Luego de la replicación el cromosoma es doble, conformado por dos cromatinas hermanas. (c) Al finalizar la Mitosis cada célula hija posee un cromosoma simple, igual a la célula progenitora.

(a)

(b)

(c)


102

Profase Prometafase Metafase Anafase Telofase

9.3. La mitosis es un proceso continuo y se divide en cinco etapas La fase M implica dos procesos principales, mitosis y citocinesis. La mitosis, corresponde a

la división celular que produce dos núcleos con cromosomas idénticos a los del núcleo parental, e inicia al final de la fase G2. La citocinesis, generalmente comienza antes de que la mitosis termine, y corresponde a la división del citoplasma celular para formar dos células hijas.

Durante la mitosis, los cromosomas se duplican y se separan (en dos grupos) que se distribuyen uniformemente en dos núcleos hijos. La mitosis es una parte importante del ciclo celular, que consiste en las etapas sucesivas por las que atraviesa una célula.

La mitosis se puede dividir para efectos prácticos en cinco etapas:

A continuación revisaremos cada etapa en una célula animal, aunque debe considerarse

que en las células vegetales estas cinco etapas suceden de la misma manera, sólo que en estas no es posible observar centriolos, por lo que el huso mitótico se organiza a partir de una zona densa de microtúbulos en ambos polos:

(a) La célula realiza actividades vitales normales. Los cromosomas se duplican.

Figura 9.5. Etapas de la mitosis.

(c) Los microtúbulos del huso se unen a los cinetocoros de los cromosomas. Los cromosomas empiezan a moverse hacia el plano medio de la célula, también conocido como placa metafásica o plano ecuatorial.

(b) Las largas fibras de cromatina condensada se presentan como cromosomas de dos cromátidas unidas por sus centrómeros. El citoesqueleto se desensambla y el huso mitótico se forma entre los centríolos, que se han movido a los polos de la célula. La envoltura o membrana nuclear empieza a fragmentarse y a desaparecer.


103

(d) Los cromosomas se alinean la placa metafásica de la célula. Los microtúbulos del huso conectan cada cromosoma a ambos polos.

(e) Las cromátidas hermanas se separan en sus centrómeros. Cada grupo de cromosomas se mueve hacia el polo opuesto de la célula. Los polos del huso se apartan.

(f) Los cromosomas se agrupan en los polos, vuelven a su estado relajado o de reposo, y se empiezan a formar las envolturas nucleares. La citocinesis produce dos células hijas.

Durante la profase, la estructura de los cromosomas duplicados se hace visible conforme se

condensa la cromatina; cada uno está compuesto de un par de cromátidas hermanas idénticas. La

envoltura nuclear se empieza a fragmentar, y se inicia la formación del huso mitótico. Durante la

prometafase, los microtúbulos del huso se unen a los cinetocoros de los cromosomas, y éstos

empiezan a moverse hacia el plano medio de la célula. En la metafase, los cromosomas están

alineados sobre el plano medio celular, o placa metafásica; el huso mitótico está completo, y los

cinetocoros de las cromátidas hermanas están unidos mediante microtúbulos a los polos opuestos

de la célula. En anafase, las cromátidas hermanas se separan y se mueven a polos opuestos. Cada

ex cromátida ahora es un cromosoma. Durante la telofase, se forma de nuevo una envoltura

nuclear alrededor de cada conjunto de cromosomas, los nucléolos se hacen visibles, los

cromosomas se desenrollan, y el huso desaparece.

9.4. La citocinesis forma dos células hijas separadas

La citocinesis; la división del citoplasma para producir dos células hijas, es el último paso en la fase M y por lo común se traslapa con la mitosis, iniciando en general durante la telofase. La citocinesis de una célula animal o fúngica (levadura, por ejemplo) inicia como un anillo contráctil de actina-miosina que está integrado y unido a la membrana plasmática. El anillo contráctil va

Figura 9.5. (Continuación). Etapas de la mitosis.


104

encerrando a la célula en la región ecuatorial, en ángulo recto al huso (Figura 9.6). El anillo contráctil consiste en una asociación entre filamentos de actina y miosina; se piensa que la actividad motora de la miosina mueve los filamentos de la actina para generar la constricción, similar a la manera en que la actina y la miosina causan la contracción muscular. El anillo se contrae, produciendo un surco divisor que gradualmente se profundiza y a la larga separa al citoplasma en dos células hijas, cada una con un núcleo completo. Entonces el anillo contráctil se desintegra.

En las células vegetales, la citocinesis ocurre al formarse una placa celular, una partición

construida en la región ecuatorial del huso que crece lateralmente hacia la pared celular. La placa celular se forma como una línea de vesículas originadas en el complejo de Golgi. Las vesículas contienen materiales con el fin de construir tanto la pared celular primaria para cada célula hija como una membrana, la lamela media que cumple la función de cemento a fin de mantener juntas las paredes de la célula primaria. Las membranas vesiculares se fusionan hasta convertirse en la membrana plasmática de cada célula hija. (Figura 9.7)

9.5. La mitosis produce dos células genéticamente idénticas a la célula parental

La importante regularidad del proceso de división celular garantiza que cada núcleo hija reciba exactamente el mismo número y tipos de cromosomas que tenía la célula parental o progenitora. Así, con unas pocas excepciones, cada célula de un organismo multicelular tiene la

Figura 9.6. Citocinesis

en una célula animal. Se

observa la formación del

anillo contráctil a partir de

actina y miosina.

Figura 9.7. Formación

de la placa celular durante

la citocinesis en una célula

vegetal.


105

Figura 9.8. Célula

diploide en estado

G1.

Figura 9.9. Variación de la cantidad de DNA (“c”) de una célula durante el ciclo celular.

misma composición genética. Si una célula recibe más o menos que el número característico de cromosomas debido a un mal funcionamiento del proceso de división celular, la célula resultante puede mostrar anormalidades significativas y es frecuente que no sobreviva. Para referirnos a la dotación cromosómica de una célula se utilizan dos conceptos, uno de ellos corresponde al número de cromosomas presentes, que se representa con la letra “n” y el otro a la cantidad de moléculas de DNA representado con “c”. Para células

diploides la configuración de un núcleo a partir de estas ideas corresponderá a 2n, 2c. Por otro lado, las células haploides serán n, c.

Consideremos la célula de la Figura 9.8 y con la ayuda de la Figura 9.5 y 9.9 determinemos la dotación cromosómica durante el ciclo celular. Esta célula consta de 4 cromosomas simples, teniendo una configuración inicial 2n, 2c (Figura 9.8). Luego de pasar por la fase S, la replicación del material genético generará un núcleo 2n, 4c (4 cromosomas dobles). Al entrar en la fase M durante la profase, prometafase y metafase la dotación cromosómica no variara, manteniéndose en 2n, 4c (Figura 9.5). Sin embargo, durante la anafase las cromátidas hermanas se separan originando 8 cromosomas simples obteniéndose 4n, 4c. (Recuerda que una forma práctica de contar cromosomas, es contar centrómeros. 1 centrómero = 1 cromosoma). Durante la telofase se genera una célula binucleada con una configuración 2n, 2c para cada núcleo. Ya al finalizar la citocinesis se obtienen dos células hijas con 4 cromosomas simples cada una (2n, 2c), por tanto dos células iguales a la progenitora.

Desafío. Determina la dotación cromosómica en cada una de las etapas del ciclo celular, para una célula diploide de 5 cromosomas y para otra célula que en estado haploide consta de 2 cromosomas.


106

Figura 9.10. Este diagrama es una vista simplificada del sistema de control que desencadena que la célula se mueva de G2 a la fase M.

9.6. Las Cdk y ciclinas regulan el ciclo celular en determinados puntos de control.

Cuando las condiciones son óptimas, algunas células procariotas pueden dividirse cada 20 minutos. Generalmente, los tiempos de generación de células eucariotas son mucho mayores, aunque la frecuencia de división celular varía ampliamente entre diferentes especies y entre distintos tejidos de la misma especie. Bajo óptimas condiciones de nutrición, temperatura y pH, la duración del ciclo celular eucariota es constante para cualquier tipo dado de célula. Sin embargo, bajo condiciones menos favorables el tiempo de generación puede ser mucho mayor. Ciertas moléculas regulatorias que controlan el ciclo celular son comunes a todas las eucariotas. Entre ellas están las proteínas cinasas o quinasas, enzimas que activan o desactivan a otras proteínas mediante su fosforilación (agregando grupos fosfatos). Las proteínas cinasas implicadas en el control del ciclo celular son las cinasas dependientes de ciclina (Cdk). La actividad de varias Cdk aumenta y después decrece conforme la célula se mueve por el ciclo celular. Las Cdk están activas sólo cuando están unidas herméticamente a las proteínas regulatorias llamadas ciclinas. (Figura 9.9)

Las moléculas regulatorias desencadenan una secuencia específica de eventos durante el

ciclo celular. Debido a que el ciclo celular consiste en cientos de eventos secuenciales que proceden de manera ordenada, una falla en el control cuidadoso de esos eventos puede tener consecuencias desastrosas. Los mecanismos de control en el programa genético, llamados puntos de control del ciclo celular, bloquean temporalmente eventos clave que deben ocurrir ordenadamente durante el ciclo celular. Los puntos de control del ciclo celular aseguran que todos los eventos de una etapa particular sean completados antes del inicio de la siguiente etapa (Figura 9.10). Los puntos de control son desactivados después de que han hecho su labor para que así el ciclo celular pueda continuar.


107

Construye un mapa conceptual con los siguientes conceptos: Cromosomas, Diploide, Haploide, Ciclo Celular, Citocinesis, Interfase, S, Actina y miosina, Anillo contráctil, Duplicación ADN, Célula animal, célula vegetal, Profase, telofase, Fase M, Huso Mitótico, CDK, Control ciclo celular, fragmoplasto.

Preguntas PSU

Figura 9.11. El ciclo celular consiste en cientos de eventos secuenciales. Las barras negras muestran tres importantes puntos de control que verifican que los pasos previos hayan sido completados para que las siguientes etapas puedan suceder. Cada punto de control se desactiva después de que ha efectuado su función, permitiendo que continúe el ciclo celular.

En el proceso mitótico, en la metafase es cierto que:

No hay carioteca. Hay duplicación de cromosomas. Los cromosomas se ubican en el ecuador. Los centriolos se encuentran en los polos.

Solo I y II. Solo III y IV. Solo I, II y III. Solo I, III y IV. I, II y III y IV.

¿Qué eventos son propios de la interfase

del ciclo celular? Duplicación de los centriolos. Síntesis de ADN. Organización del huso mitótico.

Sólo I. Sólo II. Sólo III. Sólo I y II. I, II y III.

En la anafase de la mitosis de una célula se observan 24 centrómeros, por lo tanto el número haploide de cromosomas para esa especie es:

12. 24.

Una célula humana que ingresa al ciclo

celular, tendrá el doble de centrómeros en:

Metafase.

A una célula en etapa G2 se le aplica

una sustancia que inhibe la replicación del ADN, al esperar unos minutos se observa lo siguiente:

Detiene su división celular. Prosigue al período M. Permanece en S. Se queda en G2 sin replicar.

Ninguna de las anteriores.


108

Capítulo 10: Cáncer y Clonación Objetivos:

- Conocer las causas del cáncer.

- Distinguir los distintos oncogenes y genes supresores.

- Comprender las distintas técnicas de terapia génica que existen.

- Conocer el origen y aplicación de la clonación.

- Analizar el experimento de clonación de la oveja Dolly.

Introducción

El cáncer es una enfermedad que se ha esparcido fuertemente por toda la población mundial,

sin ser una epidemia, ni una enfermedad fácil de contagiar. ¿A qué se debe su masificación y la

cantidad de muertes que trae cada año? La respuesta no es una sola. El cáncer es una enfermedad

multicausal que no discrimina organismos ni grupos celulares, altera el ciclo celular en su intimidad

creando células defectuosas y acelerando su reproducción. Existen tantos cánceres como tipos de

tejidos hay en el organismo. Por su parte, la Organización Mundial de la Salud (OMS), ha detectado

millones de sustancias cancerígenas, las cuales deben ser eliminadas de la ingesta diaria. El

tratamiento para el cáncer es efectivo hasta un cierto límite de tiempo, si la enfermedad ya ha

invadido gran parte del tejido y éste es imprescindible para el organismo, no hay forma de

combatirlo.

10.1. Regulación del ciclo celular

Como vimos en el capítulo anterior, las células de nuestro cuerpo nacen, crecen, reproducen y

mueren. A este proceso se le denomina ciclo celular, el que a su vez se subdivide en interfase y

mitosis. Este ciclo se encuentra regulado por proteínas, las cuales estimulan o inhiben la división

celular (revisar capitulo anterior). Además, existe regulación en el tiempo de generación de

nuevas células, es decir, no todas las células de nuestro cuerpo se dividen al mismo tiempo y con

la misma velocidad. Por ejemplo, tenemos células que tienen una tasa de división muy rápida

como las células madre y las CPG (células germinales primordiales), con un tiempo de generación

de 8 horas. En contraposición, tenemos células que no se dividen, como las células musculares y

las neuronas.

10.2. Puntos de control de ciclo celular.

El ciclo celular posee 3 puntos de control. Estos puntos son críticos para la célula, ya que son

los que determinan si esta continua o no avanzando a los largo del ciclo. El primero se encuentra

al finalizar la etapa G1 y se denomina (punto de restricción), el segundo punto se encuentra al

finalizar la etapa G2 y se denomina (punto de transición G2-M) y el último punto se encuentra en

la etapa M y llama (punto de transición metafase-anafase). (Ver Figura 10.1)


109

Proteínas que controlan el ciclo celular: (CdKs) y (Ciclinas)

La progresión través del ciclo celular, está dirigido por una serie de proteínas Cinasas (CdKs)

las cuales se vuelven activas cuando se unen a otras proteínas llamadas Ciclinas. El ciclo celular de

los eucariontes está regulado por distintos tipos de CdKs que se unen a diferentes ciclinas,

formando una gran variedad de complejos CdKs-ciclinas.

Curiosicosas!

Una falla en estos puntos

de control puede generar

graves consecuencias,

como la proliferación

descontrolada de células,

las cuales pueden dar

origen a tumores los cuales

pueden ser cancerígenos.

Figura 10.2. Las proteínas Kinasas

(CdKs) se asocian con distintas

ciclinas en las diferentes etapas

del ciclo celular formando el

complejo CdK-ciclina. La activación

de este complejo dispara procesos

que conducen a la célula a través

de las distintas etapas del ciclo

celular. La degradación de las

ciclinas inactiva el complejo.

Figura 10.1. Puntos de

restricción del ciclo celular.


110

10.3. El Cáncer

Dado el gran número de actividades que coordinan las células, no debe sorprender que

ocasionalmente se produzcan “errores”. El cáncer es un claro ejemplo de una enfermedad que se

produce como consecuencia de una función celular anormal.

Un cáncer es un tipo de crecimiento tisular anormal en donde las células se dividen de

manera relativamente autónoma e incontrolada. La masa resultante de tejido en crecimiento se

denomina tumor (neoplasia). Los tumores se pueden clasificar en dos grupos, benignos y

malignos. El tumor benigno crece en un área delimitada y localizada, y raramente es peligroso,

mientras que el tumor maligno (cáncer) es capaz de invadir otros tejidos circundantes, de entrar

en el torrente circulatorio y diseminarse hacia partes distantes del cuerpo, condición denominada

metástasis.

Característica Benigno Maligno

Diferenciación Bien diferenciados; estructura en ocasiones típicas del tejido de origen.

Cierta falta de diferenciación; estructura a menudo atípica.

Velocidad de crecimiento

Generalmente progresiva y lenta; pueden llegar a estabilizarse y regresar.

Errática, puede ser desde lenta hasta rápida.

Invasión local Generalmente son masas bien delimitadas que no invaden.

Localmente invasivos, infiltrando en el tejido circundante.

Metástasis Ausente Frecuentemente presente.

Figura 10.3. Diferencias

entre Tumor benigno

(izquierda) y Tumor maligno

(derecha).

Figura 10.4. Mutaciones celulares benignas y malignas.

Tabla 10.1. Diferencias entre tumor benigno y maligno.


111

La proliferación celular en el cáncer posee variadas características distintivas, entre ellas

encontramos:

a) La proliferación celular es independiente de anclaje: Cuando cultivamos células normales

sobre un medio líquido, estas no crecen bien porque no poseen un medio solido donde

poder anclarse. En cambio, cuando cultivamos células cancerosas en medios líquidos,

crecen sin ningún problema, por lo tanto se dice que presentan crecimiento libre de

anclaje.

b) La proliferación celular es insensible a la densidad poblacional: Cuando se cultivan

células normales en laboratorio, se dividen hasta que la superficie de la placa del cultivo se

cubre por una capa simple de células (monocapa). Una vez que se alcanza la monocapa el

crecimiento celular se detiene. Las células cancerosas en cambio presentan insensibilidad

al proceso de inhibición del crecimiento dependiente de la densidad, por lo que no cesa su

división al llegar al estadio de monocapa.

c) ¿Las células cancerosas se vuelven inmortales? Las células normales de nuestro cuerpo

tienden a dividirse un número limitado de veces, por ejemplo los fibroblastos se dividen

entre 50 a 60 veces cuando se cultivan y luego mueren. En cambio, las células cancerosas

no presentan tal limitación y continúa dividiéndose indefinidamente comportándose como

si fueran inmortales. Ahora cabe preguntarse, ¿Cómo logran ser inmortales? La respuesta

tiene directa relación con los telómeros de los cromosomas. Recordemos que los

telómeros son estructuras ubicadas en los extremos de los cromosomas, cuya función está

relacionada con el envejecimiento celular, es decir, los telómeros son los encargados de

proteger los extremos de los cromosomas y con cada división celular estos telómeros se

van acortando hasta que finalmente la célula envejece y muere. Las células cancerosas

sintetizan una enzima llamada telomerasa, enzima que añade ADN a los telómeros para

poder evitar el acortamiento de los mismos, manteniendo relativamente constante la

longitud de los telómeros.

d) Las células cancerosas no responden a señales de muerte: Ya sabemos que las células

cancerosas tienen la capacidad de alargar sus telómeros, pero en realidad esto no causa su

división celular. Los controles del ciclo celular no funcionan apropiadamente en las células

cancerosas. Además estas células muestran daños en el ADN o en los cromosomas (una

célula normal con daño en el ADN normalmente moriría) y no mueren por mecanismos de

apoptosis (muerte celular programada).

Curiosicosas!

En 1953 se obtuvieron células de cáncer de cuello

uterino, las cuales fueron cultivadas, proliferando hasta

el día de hoy (dividiéndose más de 18.000 veces).


112

Angiogénesis:

La angiogénesis es la formación de nuevos vasos sanguíneos, este proceso ocurre de forma

natural en el cuerpo humano, pero las células cancerosas abusan de este mecanismo para poder

captar la mayor de cantidad de nutrientes y oxigeno posible.

Las células cancerosas necesitan de este mecanismo para poder sobrevivir y crecer, de lo

contrario el tumor detiene su crecimiento. ¿Cómo lo hacen? Estas células liberan al LEC (Líquido

extracelular) factores

angiogénicos (proteínas)

que estimulan a las células

endoteliales a proliferar.

Estas moléculas son: VEGF

(factor de crecimiento

endotelial vascular) y FGF

(factor de crecimiento de

fibroblastos).

Metástasis

La metástasis ocurre cuando la célula cancerosa se desprende del tumor inicial y migra a través de

un vaso sanguíneo hasta llegar a un punto distante al que se encontraba, generando así un tumor

secundario. Una vez que se ha disparado el proceso de angiogénesis en el emplazamiento inicial

Figura 10.6. Proceso de angiogénesis

Figura 10.5. Características de una célula cancerosa tipo.


113

del tumor, el escenario está preparado para que la célula cancerosa se disemine por todo el

cuerpo. Las etapas de la metástasis se resumen en el siguiente dibujo:

10.4. ¿Qué causa el cáncer?

La gente a menudo ve el cáncer como una enfermedad misteriosa que golpea

aleatoriamente y sin causa conocida, pero la conclusión ineludible que surge a partir de los

estudios demuestra que son causados principalmente por agentes ambientales y factores ligados

al estilo de vida, la mayoría de los cuales provoca mutaciones en el ADN. El cáncer es una

patología multifactorial y presenta distintas frecuencias alrededor del mundo, por ejemplo, en

Japón es común el cáncer de estómago, en Estados Unidos es común el cáncer de mama y en

África el cáncer de hígado. Esto se debe porque las condiciones ambientales y el estilo de vida

juegan un rol importante en la aparición de un cáncer.

Figura 10.7. Proceso de metástasis.

Figura 10.8. Algunos factores

de riesgo del cáncer:

Envejecimiento, tabaco,

radiación UV, radiación

ionizante, ciertos productos

químicos, algunos virus y

bacterias, ciertas hormonas,

antecedentes familiares,

alcohol, dieta, sedentarismo

y obesidad.


114

Sustancias o grupos de sustancias

Localización del cáncer humano Uso o aparición típica

Arsénico Pulmón, piel, otros. Subproducto de la fusión de metales; componentes

de aleaciones, medicamentos, herbicidas, fungicidas, etc.

Asbestos Pulmón, gastrointestinal. Usados anteriormente en múltiples aplicaciones.

Benceno Leucemia, linfoma de Hodgking. Principal componente de aceites ligeros;

aplicaciones de imprenta, caucho, pintura, limpieza, adhesivos y detergentes.

Berilio Pulmón Combustible de misiles y vehículos espaciales.

Cadmio Próstata Soldaduras, pilas, aleaciones varias.

Cromo Pulmón Aleaciones metálicas, pinturas, pigmentos y

conservantes.

Níquel Nariz, pulmón Placas de níquel; componente de aleaciones

ferrosas, cerámica y pilas.

10.5. Oncogenes y Genes supresores de tumores

Figura 10.10. El cigarrillo contiene

múltiples compuestos químicos y

muchos de ellos son carcinógenos (que

provocan cáncer).

Tabla 10.2. Principales canceres ocupacionales.

Figura 10.9. Pasos

básicos para la

realización del

autoexamen de

mamas. Uno de

los cánceres más

comunes en chile

es el cáncer de

mama y detectarlo

a tiempo está al

alcance de tu

mano.


115

Existen varias pruebas que apuntan a que la transformación de las células de un estado

benigno a un estado canceroso tiene un origen genético. En primer lugar, muchos agentes

mutagénicos como los químicos y las radiaciones causan cáncer, lo que indica que producen la

enfermedad induciendo a mutaciones (cambios) en los genes. En segundo lugar, se han

identificado mutaciones que se asocian frecuentemente con un tipo particular de cáncer.

Existen dos tipos generales de mutaciones asociadas a los tumores: las mutaciones en los

oncogenes y las mutaciones en los genes supresores de tumores. Las mutaciones en los

oncogenes actúan en las células tumorales como genes con un fenotipo dominante, esto sugiere,

en primer lugar, que las proteínas codificadas por el oncogén están permanentemente activas en

las células tumorales, y segundo, que la mutación sólo necesita uno de los dos alelos para

contribuir a la formación de un tumor. Estos genes en su estado normal, antes de mutar, se

denominan protooncogenes.

Las mutaciones en los

genes supresores de tumores

que inducen la formación de

tumores, son mutaciones

recesivas, lo que quiere decir

que forman proteínas inactivas.

Para que se desarrolle el

cáncer, la mutación debe estar

presente en ambos alelos del

gen.

Los oncogenes

codifican formas mutadas de

proteínas celulares normales

que dan lugar a una mutación

dominante, normalmente

inapropiada. Por otro lado, los

genes supresores de tumores

codifican proteínas cuya

pérdida de actividad puede

contribuir a un estado

canceroso, y como tal, son

mutaciones recesivas.

Oncogenes

Figura 10.10. Equilibrio entre protooncogenes y genes supresores

de tumores.


116

Los oncogenes son genes cuya presencia puede desencadenar el desarrollo del cáncer.

Estos oncogenes codifican proteínas que estimulan la proliferación celular excesiva y/o

promueven la supervivencia celular. El primer oncogén humano que se descubrió fue el gen RAS

mutante que codifica una forma anormal de la proteína que lleva su mismo nombre (Ras). Por

ejemplo, un solo cambio de base en el aminoácido número 12 de la proteína Ras, convierte una

glicina en una valina y genera una oncoproteína que se ha encontrado asociada al cáncer de vejiga

en los humanos. Como consecuencia de la formación de la oncoproteína Ras, esta transmite de

forma continua una señal que promueve la proliferación celular.

Es importante recalcar que normalmente se requieren de mutaciones múltiples para

convertir una célula normal en una célula cancerosa, ya que un único oncogén no es suficiente

para desencadenar la enfermedad.

Protooncogenes: A pesar que el nombre de protooncogén suena tan dañino, estos no son

genes malos que están simplemente esperando una oportunidad para producir cáncer. Más bien,

son genes celulares normales que realizan contribuciones esenciales a la regulación del

crecimiento celular normal y la supervivencia de células no cancerosas. Este término simplemente

se heredó de la idea que cuando el protooncogén muta (sea por la causa que sea), entonces la

forma mutante de este gen (oncogén) puede causar cáncer.

Genes supresores de tumores

Los genes supresores de tumores son aquellos cuya inactivación puede conducir al

desarrollo del cáncer, al contrario de los oncogenes, en que su activación induce al cáncer. La

función del gen supresor de tumor es justamente, inhibir la proliferación celular excesiva. Es

importante destacar que para que el cáncer aparezca es necesario tener mutado ambos genes

supresores (el del padre y el de la madre), ya que son mutaciones de tipo recesivas.

El primer gen supresor que se detectó fue el gen RB, el cual genera un tipo de cáncer

denominado retinoblastoma (cáncer de retina). La alteración de ambas copias del gen RB elimina

el mecanismo de restricción y abre la puerta a la proliferación descontrolada de células. El gen RB

es el responsable de otros tipos de canceres como el de pulmón, mama y vejiga.

Posteriormente al descubrimiento del gen RB, se identificaron una docena de genes

supresores, el más importante es el gen p53. Este gen es denominado también como “guardián

del genoma” y su función de detener el ciclo celular e inducir la apoptosis en una célula mutada.


117

El guardián del Genoma Las mutaciones en la proteína p53 aparecen asociadas a muchos tipos de tumores. En realidad, se ha estimado que un 50% de los tumores humanos presentan una mutación en el gen que da origen a esta proteína. La proteína p53 activa, es un regulador que se activa en respuesta a la presencia de daños en el ADN. La función de ésta es, por un lado, impedir la continuidad del ciclo celular hasta que hayan sido reparados los daños en el ADN y, por otro lado, en determinadas circunstancias, induce a la apoptosis. Ahora está claro que las mutaciones capaces de producir un aumento en la tasa de mutación juegan un papel clave en la progresión de los tumores en los humanos. Las mutaciones en los genes supresores de tumores interfieren en la reparación del ADN y promueven el desarrollo de tumores de forma indirecta incrementando la tasa de mutaciones, que elevan la probabilidad de que surjan mutaciones en oncogenes o en genes supresores de tumores, que alterarían la regulación normal del ciclo celular y de la muerte celular programada (apoptosis). Se han identificado un gran número de estas mutaciones de genes supresores de tumores, entre las cuales se incluyen algunas asociaciones a cánceres hereditarios en tejidos especiales, como las mutaciones BRCA1 y BRCA2 con el cáncer de mama.

10.6. Clonación

Entendemos por clonación al procedimiento por el cual se obtienen genes, células u

organismos genéticamente iguales al organismo progenitor, originado de forma natural (mitosis) o

artificial (biotecnología). Para comprender lo que acabamos de definir tenemos el ejemplo de

segmentos de ADN que se insertan dentro una bacteria para que esta los pueda replicar y así

generar muchas copias de ese ADN foráneo.

Un poco de historia

Para poder hablar de clonación debemos retroceder hasta 1953 cuando los investigadores

J. Watson y F. Crick descubrieron la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

Posteriormente gracias a los conocimientos de cómo se transmite y expresa dicha información

genética se pudo llegar hasta lo que hoy en día conocemos como clonación.

Recordemos que cada organismo, ya sea unicelular o pluricelular, posee en su región

nuclear una molécula fundamental, el ADN. Esta ácido desoxirribonucleico contiene toda la

información necesaria sobre cómo es y cómo se desarrollará todo el organismo del que forma

parte. La clonación en el mundo de las plantas ya era conocida en el siglo pasado, pero la novedad

radica en utilizar este procedimiento un grupo más próximo a los humanos “El reino animal”.

Todas las células de un individuo se han generado por división (mitosis y citocinesis) de una única

célula. Entonces, podemos decir que un organismo pluricelular es un clon del cigoto.

Curiosicosas!

Los carcinógenos presentes en el humo del tabaco causan varias clases de mutaciones en el

gen p53 en los canceres de pulmón, y la luz del sol provoca mutaciones en el gen p53 en los

canceres del piel.


118

La protagonista: Oveja Dolly

La Oveja Dolly ha sido el primer mamífero en ser clonado, es decir, se generó a partir de

una célula somática, sin que el proceso de fecundación se llevara a cabo. Debemos dejar en claro

que este no fue un procedimiento sencillo porque para llegar a clonar a Dolly se utilizaron 277

embriones, y una cuarta parte de las ovejas creadas murieron antes de nacer.

El 27 de febrero de 1997 se publica un informe sobre la primera clonación de un mamífero

–La oveja Dolly- a partir del núcleo de una célula adulta de otro individuo.

Las células de un determinado tejido cuando se mantienen vivas fuera del cuerpo -en

cultivo-, no dan espontáneamente embriones, sino más células diferenciadas como ellas

(producen más células mamarias), es decir, no “recuerdan” cómo se lleva a cabo el programa

embrionario. Para lograr que una de esas células “recuperase la memoria” y diera lugar a un nuevo

ser, se recurrió a una técnica denominada transferencia nuclear: se tomó el núcleo de esa célula,

que es la parte que contiene el ADN y por tanto la información, y se fusionó con el citoplasma de

un óvulo procedente de otra oveja, al que previamente se había eliminado el núcleo. Se utilizó un

óvulo porque es una célula equipada para el desarrollo embrionario, y su citoplasma (el contenido

que rodea al núcleo) vendría a ser de algún modo el entorno adecuado para que el núcleo de la

célula adulta se reprogramara. Y, en efecto, así fue: esa célula se transformó en un embrión y

comenzó el complejo programa embrionario, de manera idéntica al que se obtiene por la fusión de

un óvulo y un espermatozoide. Tras unos días de crecimiento in vitro el embrión se implantó en

una madre de alquiler y 148 días después nació Dolly, una oveja genéticamente idéntica de aquella

desde la cual se obtuvo las células de la ubre.

Figura 10.11. Experimento de clonación de la Oveja Dolly. Primero se extraen óvulos a la oveja “A”

para posteriormente extraerles su núcleo celular, paralelamente se les extraen células de la ubre

(somáticas) a la oveja “B”. Luego se fusionan las células de las ovejas “A” y “B” (óvulo y célula

somática, respectivamente). Finalmente se implanta el futuro embrión en una oveja alquiler para

la gestación y posterior parto.


119

10.7. Uso de Terapia Génica (TG) y salud.

Existen, en teoría, dos tipos de TG: la Terapia Génica de Células Somáticas y la Terapia

Génica de Células Germinales, aunque sólo la primera está siendo desarrollada actualmente.

La TG somática busca introducir los genes a las células somáticas (esto es, todas las células

del organismo que no son gametos o sus precursores), y así eliminar las consecuencias clínicas de

una enfermedad genética heredada o adquirida. Las generaciones futuras no son afectadas

porque el gen insertado no pasa a ellas. La TG germinal sólo existe como posibilidad, pues no se

cuenta con la tecnología necesaria para llevarla a cabo. Además ha sido proscrita por la comunidad

científica y por organismos internacionales por sus implicaciones éticas, las cuales discutiremos

más adelante. La TG germinal trataría las células del embrión temprano, los óvulos, los

espermatozoides o sus precursores. Cualquier gen introducido en estas células estaría presente no

sólo en el individuo, sino que sería transmitido a su descendencia.

¿En qué consiste la clonación humana con fines terapéuticos?

Consiste en combinar la técnica de clonación con la de obtención de células madre

embrionarias, para curar a individuos que tuviesen una enfermedad que pudiera resolverse

mediante trasplante celular. Esto se haría obteniendo células diferenciadas de la persona que se

desea curar a base de las técnicas utilizadas en Dolly, generando un embrión; el que

posteriormente se destruiría al cabo de 6 días para obtener células madres a partir de él, haciendo

que esas células se especialicen hacia el tipo celular específico para curar a dicha persona, las que

posteriormente se implantarían en el tejido dañado.

Figura 10.12. Células madre embrionarias humanas


120

Al proceder de un embrión idéntico a la

persona de partida, las células no

provocarían rechazo al ser implantadas y

además la posibilidad de mantener

congelados los cultivos celulares

proporcionaría una fuente casi ilimitada de

tejidos. Hay que indicar que desde el punto

de vista técnico este proceso es aún una

mera posibilidad y haría falta mucha

investigación para ponerlo en marcha: no

se han conseguido todavía tipos celulares

bien definidos a partir de células madre

embrionarias y hay pocas evidencias de

que puedan curar enfermedades.

Otras posibilidades serían la modificación

genética de células madre procedentes de

la misma persona para que no provocaran

rechazo, o la existencia de bancos de

células a los que se pudiera acudir para

buscar células compatibles con la persona

que las va a recibir. En definitiva, hay

muchas vías terapéuticas que van

haciéndose posibles por el desarrollo de la

ciencia y que no vulneran el respeto

debido a la vida humana en todas las fases

de su desarrollo. Es deber de todos

defender la vida humana y fomentar que

se canalicen los esfuerzos de la

investigación hacia lo que son verdaderos

avances.

Figura 10.13. Propuesta de clonación

humana con fines terapéuticos.

Figura 10.14. Producción de tejidos corporales

a partir de células madres del paciente.


121

Preguntas PSU

Me debería importar: Cada año se gastan cientos de millones de pesos en la búsqueda de un

tratamiento efectivo para el cáncer; se invierte mucho menos dinero para prevenir el cáncer. ¿Por

qué piensa que esto es así? ¿Qué tipos de cambios en el estilo de vida podríamos establecer para

ayudar a prevenir el cáncer? ¿Qué tipos de programas de prevención podrían iniciarse o reforzarse

para propiciar estos cambios? ¿Qué factores podrían impedir estos cambios y programas?

1. Un tumor maligno (canceroso) se caracteriza

por:

Tener células indiferenciadas o de fenotipos

alterados.

Tener células en zonas bien delimitadas y

encapsuladas.

Ser capaz de invadir otros tejidos u órganos,

mediante metástasis.

A) Sólo I.

B) Sólo II.

C) Sólo III.

D) Sólo I y III.

E) I, II y III.

2. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones respecto

de los genes supresores es falsa?

A) Genes supresores como el p53 induce a la

apoptosis de células alteradas.

B) Cuando experimentan ganancia de función

generan cáncer.

C) Cuando experimentan perdida de función

generan cáncer.

D) Es necesario mutar ambos genes alelos (padre

y madre) para provocar cáncer.

E) Son los genes que regulan el ciclo celular

evitando así, la proliferación descontrolada de

células.

3. Se extrae el núcleo de una especie

unicelular A y se implanta en un unicelular

de la especie B, al que previamente se le

ha destruido el núcleo. El resultado más

probable de este experimento es que:

A) Mueran las dos células.

B) Sobrevive solo la especie A.

C) B adquiere las características de A.

D) A adquiere las características de B.

E) B mantiene sus características.

4. El desarrollo experimental que originó a la

oveja Dolly consistió en obtener núcleos

de células de glándulas mamarias de una

oveja (A), trasplantados a óvulos,

desprovistos de su pronúcleo, de una

oveja (B) e implantarlos en el útero de

otra oveja (C). Se dice que la oveja nacida

por este procedimiento es un clon pues

esta:

A) Es genotípicamente idéntica a la oveja (A).

B) Es genotípicamente idéntica a la oveja (B).

C) Es genotípicamente idéntica a la oveja (C).

D) Tiene una glándula mamaria idéntica a la

oveja (A).

E) Posee óvulos idénticos a la oveja (B).


122

Capítulo 11: Meiosis

Objetivos:

- Comprender las diferentes fases de la meiosis. - Conocer la importancia biológica de la meiosis. - Entender los mecanismos que generan variabilidad genética y su importancia. - Saber las semejanzas y diferencias entre la mitosis y la meiosis.

Introducción

Como viste en el capítulo 9 (Ciclo Celular), las células pasan por un periodo cíclico que culmina en la división de una célula “madre” para formar 2 células “hijas”, idénticas a la célula progenitora. Este proceso es llamado mitosis y es necesario para cumplir una diversidad de funciones en los organismos tales como: crecimiento, reparación de tejidos, reproducción asexual, etc.

Hay que tener en consideración que las células que son generadas por mitosis, mantienen siempre la misma cantidad de material genético que sus antecesoras, lo que significa que tienen la totalidad de los cromosomas de su especie, el cual es 2n (contiene los 2 grupos de cromosomas homólogos). En el caso de la especie humana estas células tendrían 2 grupos de 23 cromosomas, siendo 46 en total.

Si la mitosis fuera el único tipo de división celular en los organismos, sería un misterio explicar la ocurrencia de ciertos procesos biológicos de gran importancia en las diversas especies. Como por ejemplo, por qué los seres humanos somos todos diferentes, siendo que la mitosis genera células idénticas y por ende deberíamos ser todos iguales sin ninguna distinción (ignorando las mutaciones). Otro misterio sin resolver sería el hecho de que si todos estos organismos iguales se reprodujeran sexualmente, como en el caso de los humanos, las células germinales (espermatozoide y ovocito II) serían diploides (2n) ya que fueron producidas por mitosis, y al unirse en la fecundación, generarían organismos 4n (poliploides), y así la cantidad de cromosomas de la especie iría en aumento, lo que constituiría una aberración genética.

Es por ello que para generar individuos de la misma especie que sean diferentes y al mismo tiempo, mantener constante el número de cromosomas en la especie, existe un tipo especial de división celular denominado meiosis, que es el tema a tratar en este capítulo.

Figura 11.1. Ejemplificación de lo que sucedería una fecundación entre dos células diploides en el caso de la especie humana.


123

11.1. Reproducción sexual

A pesar de que hay una gigantesca diversidad de organismos en el planeta, entre todos compartimos una serie de características, las que son propias de cualquier ser vivo. Una de las cualidades más importantes y destacables es la de la reproducción, es decir, que todos los seres vivos somos capaces de dejar una progenie o descendencia, provocando la continuidad de la especie en el tiempo.

Los organismos tienen dos formas de reproducirse: la asexual y la sexual. La reproducción asexual consiste básicamente en sucesivas divisiones de los organismos (mitosis o procesos similares), para generar una progenie idéntica a la anterior en términos genéticos. Este tipo de reproducción es utilizado por los organismos unicelulares tanto procariontes como eucariontes, y múltiples organismos pluricelulares pertenecientes al reino protista, fungi, vegetal e incluso animal (más detalles en el capítulo de hormonas y sexualidad). Mientras que la reproducción sexual es más compleja ya que responde a las necesidades evolutivas de los organismos.

La reproducción sexual consiste en la interacción de dos organismos de distinto sexo (o un organismo hermafrodita) para formar descendientes. Esta reproducción se concreta con la fecundación, proceso en el cual, las dos células generadas por ambos progenitores para producir un nuevo organismo, interactúan y se fusionan, formando una única célula llamada cigoto, que representa el inicio de la vida del nuevo ser vivo.

Entre las distintas características de la reproducción sexual, se pueden mencionar:

1) Es mucho más compleja que la reproducción asexual, ya que requiere una maquinaria metabólica mucho mayor para efectuar procesos bioquímicos de gran complejidad.

2) Es considerablemente más lenta que la asexual. 3) Produce descendientes que no son idénticos a los progenitores (no genera clones). 4) Necesita la participación de células especializadas que son sintetizadas por ambos

progenitores, las que cumplen la tarea de unirse y permitir la fecundación. Esta células reciben el nombre de células germinales o gametos

Figura 11.2. Un ejemplo de reproducción asexual (fisión binaria).

Figura 11.3. Ejemplo de reproducción sexual en la especie humana


124

11.2. Gametos

Se podría decir que son unas de las células más importantes de las especies que se reproducen sexualmente, ya que son las que participan en la fecundación ejecutando este proceso y por consecuencia “crean” el nuevo ser vivo. Son producidas por sus progenitores (una por el organismo “materno” y la otra por el organismo “paterno”) y en el caso de la especie humana, los gametos son el espermatozoide y el ovocito II (también llamado ovocito u ovulo).

Estas células poseen cualidades únicas que las distinguen del resto de todas las demás células del organismo, ya que son células haploides, es decir, solamente tienen un juego de cromosomas (n), a diferencia del resto de las células (somáticas) que poseen dos juegos de cromosomas (2n). Lo que significa que los gametos humanos tienen 23 cromosomas cada uno.

La importancia de esta característica radica en que cuando los dos gametos se fecundan, los dos juegos de cromosomas de ambas células se unan y formen nuevamente un organismo diploide (n + n= 2n 23 + 23 = 46 cromosomas), solucionando el problema planteado al inicio del capítulo que cuestionaba como se mantenía el número de cromosomas de la especie en la fecundación. Pero además, como se mencionó anteriormente, se deduce que es imposible que los gametos hayan sido producidos por mitosis, ya que este proceso produce células idénticas genéticamente, o sea, células diploides siendo que los gametos son haploides. Por la tanto, debe haber un proceso que permita convertir células diploides en células haploides, y ese procedimiento es la meiosis.

Figura 11.4. Ejemplificación del accionar de la meiosis.

11.3. Meiosis

La meiosis es un tipo de división celular que ocurre exclusivamente en órganos especializados de los organismos que se reproducen sexualmente llamados gónadas (testículos y ovarios en la especie humana), cuya principal función es la de producir los gametos mediante un complejo proceso llamado gametogénesis, en el cual la meiosis cumple un rol fundamental.

A diferencia de la mitosis que tiene sólo una división celular, la meiosis tiene dos divisiones sucesivas, siendo dos etapas o fases denominadas Meiosis I y Meiosis II las que constituyen este proceso.

11.3.1 Meiosis I

La meiosis I o también llamada etapa reduccional es el la primera división nuclear y celular. En muchos factores es distinta a la mitosis, a pesar de tener elementos en común. Es importante destacar que antes de empezar la meiosis I, las células tienen interfase, es decir, pasan por G1, S y G2, teniendo una célula diploide y con su material genético duplicado (2n, 4c), que va a empezar a dividirse.


125

A) Profase I: Es la primera fase de toda la meiosis, y existe un consenso que determina que es la más compleja de esta, debido a que aquí ocurren los sucesos característicos de la meiosis. Para poder comprender con mayor profundidad esta fase, se encuentra subdividida en 5 “sub-fases”.

1. Leptoteno: En este estado, la cromatina se

comienza a condensar parcialmente, formándose unos largos y delgados cromosomas (muchos más delgados que los de la mitosis) que tienen estructuras esféricas llamadas cromómeros. Los cromosomas quedan unidos por sus extremos a la envoltura nuclear.

2. Zigoteno: Acá cada cromosoma se une con su homólogo en un proceso sumamente específico llamado sinapsis. Acá se unen dos cromátidas (una por cromosoma) gracias a una estructura proteica que se cierra entre ambas cromátidas, como una cremallera. Esta estructura que permite la unión, se conoce como complejo sinaptonémico. Finalizada la sinapsis se pueden observar los pares de cromosomas unidos, llamados bivalentes o tétradas, ya que cada tétrada consta de cuatro cromátidas. Es importante mencionar que sólo una cromátida de cada cromosoma se une entre sí formando la tétrada, mientras que las otras dos se quedan separadas.

Figura 11.6. Zigoteno Figura 11.7. Tétrada formada.

3. Paquiteno: Los cromosomas homólogos constituyen las tétradas (las que son 23 en los humanos), que se unen debido a la interacción de las cromátidas no hermanas, las cuales se mantienen unidas gracias al complejo sinaptonémico. En esta fase, los segmentos de ambas cromátidas unidas, interactúan y se intercambian material genético de forma azarosa y de número variable. Este evento se llama crossing-over o entrecruzamiento y es uno de los 3 puntos que genera variabilidad genética en los organismos.

Figura 11.5. Leptoteno


126

Figura 11.8. Paquiteno Figura 11.9. Esquema del entrecruzamiento (crossing-over)

4. Diploteno: Inicia el desarme del complejo sinaptonémico y se separa el cromosoma de su homólogo en cada tétrada. Solamente quedan unidos en las zonas donde se efectuó el crossing-over, que reciben el nombre de quiasmas.

5. Diacinesis: Es la última etapa de la profase I. La cromatina se encuentra más condensada en esta fase por lo que los cromosomas alcanzan su mayor grosor y también se separan de la carioteca. Los cromosomas homólogos se encuentran separados, excepto en los quiasmas que permiten que las tétradas continúen existiendo, mientras que las cromátidas hermanas se encuentran unidas por los cinetocoros. Al finalizar la diacinesis, la membrana celular se

fragmenta, desaparece el nucléolo y cesa la síntesis de ARN.

Figura 11.11. Diacinesis

B) Metafase I: En la metafase I es cuando los cromosomas alcanzan su mayor grado de condensación. Aquí es cuando los bivalentes son movilizados hacia el plano ecuatorial de la célula por el huso meiótico, disponiendo todas las tétradas en este espacio. Cabe recordar que a diferencia de la mitosis, en donde los 46 cromosomas de la especie humana se disponían a lo largo del plano ecuatorial, acá solamente 23 tétradas se disponen a lo largo del mismo, ya que cada tétrada contiene 2 cromosomas. Los dos cromosomas de cada bivalente son orientados hacia polos opuestos.

En esta fase, ocurre el segundo proceso biológico que permite la variabilidad genética; la permutación cromosómica. Dicho evento consiste en que los cromosomas de cada tétrada se pueden posicionar de forma azarosa con respecto a los polos celulares a lo largo del plano ecuatorial, siendo imposible predecir cuantos cromosomas maternos y/o cromosomas paternos se irán a un determinado polo.

Figura 11.10. Diploteno


127

C) Anafase I: Aquí es cuando ocurre la separación de las tétradas. Estas se encuentran dispuestas en el plano ecuatorial, sujetas al huso meiótico, cuando este se empieza a acortar y por ende “tira” a los bivalentes por ambos lados provocando la ruptura de los quiasmas, y llevando a los cromosomas homólogos a polos opuestos. En el caso de la especie humana en cada polo habría 23 cromosomas homólogos dobles.

D) Telofase I: La célula comienza a modificar su forma y se sintetizan 2 cariotecas para originar 2 nuevos núcleos. Los cromosomas dobles de cada polo son encerrados en cada núcleo, se generan nuevos nucléolos, el huso meiótico se desmonta y los cromosomas se desenrollan dentro del núcleo. Además, inicia la citocinesis la que conformará 2 células haploides con su material genético duplicado (cromosomas dobles) o sea, n-2c. Consideraciones de la meiosis I

Una vez finalizada la etapa, el resultado que esta genera son dos células n, 2c. De ahí se explica por qué este proceso recibe el nombre de etapa reduccional, ya que lo que hace es reducir la cantidad de cromosomas (de diploide a haploide) y la cantidad de ADN (de 4c a 2c).

También se debe tener en cuenta que estas células antes de iniciar la meiosis II, pueden pasar por una etapa intermedia llamada intercinesis. Sin embargo, esta etapa no es fundamental, ya que muchas veces las células pasan directamente de telofase I a profase II. Esta etapa no es una interfase ya que no ocurre la replicación del ADN.

11.3.2 Meiosis II

Cada una de las dos células generadas por la meiosis I entra a la meiosis II, también conocida como la fase ecuacional. En términos generales, la meiosis II es casi idéntica a la mitosis, ya que acá no ocurren procesos para favorecer la variabilidad, que sí ocurrieron en la meiosis I.

A) Profase II: La cromatina inicia su condensación mientras que la carioteca comienza a desintegrarse. El nucléolo desaparece y se ensambla el huso meiótico.

B) Metafase II: Se forma la placa metafásica gracias a la acción del huso que está ensamblado a los cinetocoros de los cromosomas. En esta ocasión todos los cromosomas se disponen a lo largo del plano ecuatorial ya que no hay presencia de tétradas como en la meiosis I.

Figura 11.12. Meiosis I o etapa reduccional


128

C) Anafase II: El huso meiótico se acorta y provoca la división de los centrómeros de cada cromosoma, llevando a la cromátidas hermanas a polos opuestos. Esto provoca que sólo haya cromosomas simples en la célula.

D) Telofase II: Una vez divididos los cromosomas, quedaría la misma cantidad de cromosomas simples en cada polo. Se vuelven a formar las cariotecas en ambos polos para constituir los dos nuevos núcleos. En esta etapa quedan conformadas las dos células, ambas haploides y con cromosomas simples (n, c). Luego iniciaría la citocinesis, la que divide el citoplasma y genera definitivamente ambas células.

Consideraciones de la meiosis II

Esta etapa inicia con una célula haploide con cromosomas dobles (n, 2c) y al finalizar, iguala ambas características, entregando una célula haploide con cromosomas simples (n, c) por lo que recibe el nombre de “ecuacional”.

Hay que tener en cuenta que, si bien, por cada célula que entra a meiosis II se generan 2 células nuevas, son 2 células generadas por meiosis I que entran a la segunda. Por lo tanto, la meiosis II genera 4 células por cada célula que entra a la meiosis.

Por último, cuando finaliza la meiosis, las nuevas células no se dividen, si no que dependiendo de la gónada en la que hayan sido producidas, seguirán una serie de procesos bioquímicos que las transformará en gametos femeninos o masculinos funcionales para la fecundación. Este proceso en general, se llama gametogénesis será abordado en el siguiente capítulo.

Figura 11.13. Meiosis II o etapa ecuacional

11.4. Importancia biológica de la meiosis

Así como la mitosis cumple una serie de funciones en la vida de los organismos, la meiosis cumple tareas, las cuales la mitosis estaría imposibilitada de cumplir en los organismos de reproducción sexual, que principalmente son 3.


129

11.4.1 Mantienen constante el número de cromosomas en las especie.

La meiosis genera células haploides a partir de diploides. La utilidad de esto, es que al momento de la fecundación, ambos gametos haploides de unirán y formarán nuevamente la primera célula de un organismo diploide. Si la meiosis no existiera y los gametos fueran ambos diploides, al mezclarse formarían un organismo 4n, y si esa generación de organismos se reproduce nuevamente, se mezclarían dos gametos 4n formando organismos 8n, y así nunca pararía de crecer la cantidad de cromosomas, lo que sería algo impensado en términos genéticos.

11.4.2 Son las principales fuentes de variabilidad genética

Como se mencionó al iniciar el capítulo, si la mitosis fuera nuestro mecanismo de reproducción, todos los organismos de la misma especie seríamos idénticos (clones), sin embargo eso en muchas especies no pasa, ya que cada organismo es distinto del otro genéticamente hablando. Se sabe que las mutaciones ayudan a diferenciar organismos, pero también hay procesos orquestados por el organismo los cuales tienen como función diferenciar los genomas de los individuos. Estos procesos son 3 los cuales son:

A) Crossing-Over: También llamado entrecruzamiento, es un complejo proceso que ocurre en la profase I, específicamente en la etapa del paquiteno. Consiste en el intercambio de segmentos de ADN (genes) entre ambas cromátidas unidas en las tétradas. Este intercambio es azaroso y ocurre en un número variable, por lo que es impredecible, lo que provoca que generará cromosomas que van a diferir de sus respectivos homólogos, generando la primera instancia de variabilidad genética.

B) Permutación cromosómica: Ocurre en la metafase I, y es la segunda instancia generadora de variabilidad genética, ya que recibe a las células que pasaron por la profase I y por lo tanto por el crossing-over. Al ubicarse las tétradas en la placa ecuatorial de la célula, estas se pueden disponer de la orientación de sus cromosomas hacia los polos de forma azarosa, generando diversas posibilidades de distribución cromosómica. Las posibilidades de obtener distintas distribuciones se calculan con la formula , siendo n la cantidad de pares de cromosomas. Por ejemplo, en el caso de los seres humanos que tenemos 2n= 46 cromosomas, poseemos 23 pares de cromosomas. La totalidad de distribuciones que podrían hacerse sería = 8.388.608 distribuciones distintas.

La meiosis con sus mecanismos de crossing-over y permutación cromosómica posibilita que sea estadísticamente imposible que 2 gametos sean exactamente iguales genéticamente.

Figura 11.14. Permutación cromosómica.


130

C) Fecundación: Si bien no ocurre en la meiosis, es el último mecanismo que permite la variabilidad, y se encuentra íntimamente relacionado con la división. Es el acto en que los 2 gametos (masculino y femenino) se encuentran para crear al nuevo organismo. Esto aumenta la variabilidad, ya que los espermatozoides que buscan fecundar en el ovocito II, son millones y todos distintos entre sí, junto con el ovocito que fue generado mediante meiosis que pasó por crossing-over y permutación cromosómica, permitiendo crear un organismo único e irrepetible.

11.4.3 Determinan el sexo del organismo

Muchas especies se encuentran dividas por el sexo al cual pertenecen genéticamente. Los responsables de esto son la meiosis y la fecundación, debido a que la primera divide a los cromosomas, incluyendo los cromosomas sexuales los cuales son los responsables de determinar el sexo del organismo, y la segunda une ambos gametos, juntando los cromosomas sexuales, determinando el sexo del organismo. Además la meiosis tiene una participación mayor, porque si accidentalmente falla en la división o disyunción de los heterocromosomas y si estos gametos se fecundan, generará organismos que no pertenecerán a la clasificación de machos o hembras genéticamente hablando. (Más detalles en el siguiente capítulo).

11.5. Diferencias entre meiosis y mitosis

Ambos tipos de divisiones tienen diversas cosas en común y diversas diferencias. Lo que tienen en común es que se encargan de dividir nuclearmente a las células, utilizan estructuras similares, presentan una maquinaria medianamente similar, etc.

Las diferencias que tienen se encuentran enlistadas en el siguiente recuadro:

Ciclo celular Mitosis Meiosis

Tiene lugar en Todas las células del organismo.

Células productoras de gametos, ubicadas en las

gónadas. Tipo de reproducción Reproducción asexual Reproducción sexual Variabilidad genética Células idénticas entre sí e

idénticas a su progenitora. Células diferentes entre sí y diferentes a su progenitora.

N° de células producidas por una célula madre

2 4

N° de divisiones nucleares 1 2 Información genética de la

célula madre 2n, 2c (antes de S). 2n, 2c (antes de S).

Información genética de la célula hija

2n, 2c. n, c.

En anafase se separan Las cromátidas hermanas. En la 1era división los cromosomas homólogos y en

la 2da las cromátidas hermanas.

Función Reproducción asexual, crecimiento, regeneración y

reemplazo celular, continuidad genética.

Reproducción sexual, mantener la cantidad de

cromosomas de la especie, generar variabilidad.

Tabla 11.1. Diferencias entre mitosis y meiosis


131

Desafío:

1. Tengo una célula somática cuya información genética es 2n = 20, y va a iniciar la meiosis. Con los conocimientos que adquiriste en esta unidad y tus conocimientos previos, completa el siguiente cuadro. Puedes ayudarte con dibujos si lo necesitas.

Fases de la meiosis Cantidad de ADN N° de cromosomas N° de cromátidas Diploide o haploide

G1

S

G2

Profase I

Metafase I

Anafase I

Telofase I

Células resultantes

Profase II

Metafase II

Anafase II

Telofase II


2. ¿Cuál es la probabilidad de que dos espermatozoides tengan la misma información genética? Justifica tu respuesta


132

Preguntas PSU

El entrecruzamiento de cromosomas

homólogos (crossing-over) es un fenómeno que se produce en:

La profase mitótica. La profase de la segunda división meiótica. La metafase de la primera división meiótica. La profase de la primera división meiótica. Ninguna de las anteriores.

¿Qué efecto biológico puede provocar el

entrecruzamiento meiótico?

Aumento del número cromosómico de la especie. Perpetuación de la información genética de la especie. Aumento de la variabilidad genética. Independencia de los caracteres genéticos paternos y maternos. Ninguna de las anteriores.

De las siguientes opciones, ¿Cuál de ellas

describe una función fundamental de la

meiosis?

A) Ocurrir exclusivamente en órganos

reproductores (gónadas).

B) Producir células diploides a partir de

células haploides.

C) Presentarse en vertebrados.

D) Mantener el número cromosómico de una

especie.

E) Tener una larga profase I.

Si una célula en meiosis presenta 45

tétradas o bivalentes en profase I, tendrá 90 cromosomas simples en:

Anafase II. Metafase I. Anafase I. Profase II. Telofase I.

Un investigador estudia una

célula humana en división celular y comunica las siguientes observaciones:

No presenta carioteca. Posee la mitad de los cromosomas de la especie. Los cromosomas tienen dos cromátidas.

Con esta información es posible deducir

que la célula está en

Metafase mitótica. Anafase I meiótica. Profase I meiótica. Anafase mitótica. Metafase II meiótica.

Si comparamos la mitosis y meiosis en un organismo que tiene seis cromosomas (2n=6), la alternativa incorrecta es:

El juego de cromosomas originales es de seis cromosomas para la mitosis. El juego de cromosomas originales es de tres pares homólogos para la meiosis. El juego de cromosomas resultante es de tres pares homólogos para la mitosis. El juego de cromosomas resultante es de tres cromosomas para la meiosis. El juego de cromosoma resultante en la mitosis es idéntico a la meiosis.


133


134

Capítulo 12: Gametogénesis Objetivos:

- Entender la importancia biológica de la gametogénesis. - Comprender las distintas etapas de la espermatogénesis y la ovogénesis. - Identificar las semejanzas y diferencias de ambos procesos. - Reflexionar acerca de los errores que se generan en este proceso.

Introducción

Las únicas células haploides, en muchos organismos, son los gametos. Estas células son generadas por meiosis y su función es combinarse en la fecundación, para así generar nuevos organismos (descendencia). En base a eso se concluye que los gametos son células tremendamente importantes ya que son las que tienen la propiedad emergente de constituir a un nuevo organismo (generan vida), garantizando la continuidad de su especie.

Debido a la exclusiva e importante función que los gametos han de cumplir, su fisiología y estructura deben ser diferentes al resto de las células, para que puedan lograr su funcionalidad. Por ello el proceso mediante el cual se crean los gametos es maravillosamente complejo, y requiere de una serie de etapas que varían en la hembra y en el macho. Hay que destacar que si bien, la meiosis es parte importante de este procedimiento ya que efectúa que los gametos sean haploides, no es la única fase que ocurre. Es por esto que este capítulo se verá a fondo, el proceso completo de la conformación de los gametos que es la gametogénesis. 12.1. Gametogénesis

Es el proceso en el que se forman los gametos. Ocurre en las gónadas o glándulas sexuales de

los organismos (testículos y ovarios en el caso humano) y en términos generales, actúan transformando células diploides (somáticas) en gametos propiamente tales (haploides y diferenciados).

Este proceso ocurre cuando los organismos han alcanzado la madurez sexual, es decir, que ya son capaces de aparearse y generar descendencia. Esta etapa tan compleja desde el punto de vista biológico y clínico es la pubertad, y lo que ocurre en esta edad en términos fisiológicos es que se produce una gran cantidad de hormonas gonadotróficas (LH y FSH), y generan una diversidad de cambios relacionados con la sexualidad de los organismos, entre ellos la producción de gametos, (esto se verá en detalle en los capítulos de Sistema endocrino y Hormonas y sexualidad humana).

La acción de las gonadotrofinas permite la realización de la gametogénesis en los organismos, sin embargo, estos procesos son muy distintos en el macho y en la hembra, por lo que sus gametos son muy diferentes. En los machos el proceso se llama espermatogénesis y en las hembras ovogénesis, los cuales se verán a continuación.

12.2 Espermatogénesis

Es la gametogénesis que ocurre en los machos. Ocurre en los testículos y genera espermatozoides. Este proceso es continuo ya que, desde la primera espermatogénesis el macho no cesa de producir gametos hasta su deceso o a muy avanzada edad (excepto por diversas enfermedades).


135

A) Etapa de multiplicación Es la primera fase de la gametogénesis, y en los machos ocurre a temprana edad (etapa

embrionaria) sin embargo se detiene para reanudar en la pubertad. En esta etapa, hay una gran cantidad de células somáticas las cuales son llamadas células germinales primordiales (CGP) alojadas en el interior de los testículos las cuales se están dividiendo por mitosis en forma continua. Las células que generan en sus divisiones, son las que entrarán a meiosis y se llaman espermatogonios, y que son células somáticas (2n, 2c).

B) Etapa de crecimiento

Esta etapa ocurre en la pubertad. Lo que

ocurre acá es que debido a la poca reserva energética que tienen los espermatogonios estas células comienzan a adquirirla, para utilizarla en el metabolismo que requerirán las siguientes fases de la gametogénesis. Además aumenta el volumen citoplasmático de la célula para garantizar efectivas divisiones celulares que se realizarán posteriormente. En este contexto, la célula se encuentra en la interfase de la meiosis, específicamente ya pasó la etapa S por lo que su material genético ya se encuentra duplicado. Las células que ya tienen todos estos cambios, pasan a llamarse espermatocitos I, y son células somáticas pero con el material genético duplicado (2n, 4c).

C) Etapa de maduración

Los espermatocitos I entran a la meiosis I.

Pasan por los procesos de crossing-over y permutación cromosómica lo que genera variabilidad genética. Al finalizar la meiosis I, se generan 2 células nuevas haploides con su material genético duplicado (n, 2c) las cuales son nombradas espermatocitos II.

Los espermatocitos II pasan por la segunda meiosis, resultando 4 células haploides con cromosomas de una sola cromátida (n, c). Las células que resultan de la meiosis II reciben el nombre de espermátidas.

En definitiva, el proceso de espermatogénesis, consiste en tomar una célula madre llamada espermatogonio, la que después de varias etapas formará 4 células haploides llamadas espermátidas. Sin embargo, el proceso no termina acá, ya que estas células han de transformarse en espermatozoides.

Figura 12.1. Espermatogénesis


136

D) Espermiohistogénesis

Este proceso se encuentra en la etapa de maduración. En el no ocurren divisiones, ya que

las células poseen la configuración de un gameto (n, c), pero aún falta que estas espermátidas se “transformen” es espermatozoides, que es lo que sucede en esta fase.

Las espermátidas comienzan a modificar su composición geométrica; alargándose poco a poco mediante la acción del citoesqueleto. Mientras eso ocurre, el aparato de Golgi comienza a secretar una serie de vesículas que llevan en su interior una serie de enzimas hidrolíticas (rompen enlaces) las cuales comienzan a alojarse en un extremo de la célula que luego será la cabeza del espermatozoide, formando una estructura llamada acrosoma. Mientras que en el otro extremo, la prolongación de la célula forma un apéndice llamado flagelo, el cual es formado por 9+2 pares de microtúbulos. Este flagelo cumple la función de permitir que el espermatozoide se movilice a través de todos los conductos por los que debe pasar. En el cuello del espermatozoide se

encuentran gran parte de las mitocondrias, las cuales generarán la energía requerida para que la célula se pueda movilizar. Finalmente, las vesículas acumuladas en la cabeza del espermatozoide generan una zona llamada acrosoma, la cual tiene por función liberar su contenido enzimático cuando el espermatozoide toma contacto con el ovocito II, el cual hidrolizará un sector del gameto

femenino para facilitar la entrada del espermatozoide logrando la fecundación.

Consideraciones de la espermatogénesis Al haber visto como ocurre el proceso de formación de los gametos masculinos, es importante tener en consideración algunas cosas del mismo:

- Este proceso ocurre a partir de la pubertad en el macho. Si bien las células germinales primordiales se dividen en la etapa embrionaria, recién en la pubertad estas células entrarán a meiosis para conformar a los espermatozoides

- La espermatogénesis es continua, es decir, desde la pubertad nunca dejan de producirse espermatozoides, a menos de que exista alguna condición que impida esto.

- El tiempo que transcurre desde el crecimiento del espermatogonio hasta la creación final de los espermatozoides, demora entre 6 a 9 semanas, dependiendo de la especie.

- Como se mencionó, cada día se están produciendo espermatozoides. La cantidad de gametos masculinos producidos en un día, supera los 100 millones (este es un promedio entre diversas especies).

Figura 12.2. Espermiohistogénesis


137

12.3. Ovogénesis u Oogénesis

Es la producción de gametos femeninos llamados óvulos. Se realiza en las gónadas femeninas: los ovarios. A diferencia de la espermatogénesis, es un proceso cíclico. Es decir, la producción de los gametos femeninos ocurre en un determinado período de tiempo, formando así un ciclo de producción. Además, la ovogénesis produce un solo gameto por cada ciclo, mientras que en la espermatogénesis se formaban 4 gametos por cada espermatogonia. Otra radical diferencia entre ambos procesos, es que la ovogénesis no dura hasta la muerte de la hembra, sino que deja de realizarse en un momento determinado de la vida de esta, momento que es conocido como la menopausia. Cabe destacar que la ovogénesis no deja de realizarse porque se acaban los ovocitos, sino porque la secreción de las gonadotrofinas disminuye notoriamente en esa época de la vida de la mujer.

A) Etapa de proliferación

Esta etapa ocurre exclusivamente en la etapa embrionaria. Lo que ocurre acá, es que las células germinales primordiales (CPG) ubicadas en la capa epitelial de los ovarios están continuamente dividiéndose por mitosis, generando una gran cantidad de células precursoras de gametos femeninos llamadas ovogonios, los cuales tienen una dotación 2n, 2c.

B) Etapa de crecimiento

A diferencia del proceso que ocurre en los

machos, esta ocurre en la etapa embrionaria, al igual que la anterior. Los ovogonios en esta etapa aumentan su volumen citoplasmático debido a que van generando mayores reservas de nutrientes para los futuros procesos que vienen a continuación. También los gonios ingresarán a la interfase de la meiosis, pasando por la etapa S donde se duplicará su material genético. Al finalizar la etapa de maduración con todos los procesos descritos, la célula será diploide con su material genético duplicado (2n, 4c) llamándose ovocito I.

C) Etapa de maduración

Las dos etapas anteriores presentan muchas

similitudes con la espermatogénesis, exceptuando el tiempo en el que transcurren (en el macho es en la pubertad, mientras que en la hembra es el período embrionario). Sin embargo, es en esta etapa en donde se acentúan las diferencias entre ambas gametogénesis.

Esta fase continúa en la etapa embrionaria. Los ovocitos I ingresan a la meiosis I pero se quedan detenidos en plena profase I (exactamente en diploteno). El tiempo de duración en el que los ovocitos I

Figura 12.3. Ovogénesis


138

se encuentran detenidos varía dependiendo de la especie, (pueden ser 10 hasta 55 o 60 años). Como sea, la meiosis I continúa su proceso cuando se secretan grandes cantidades de gonadotrofinas en el organismo (la pubertad). Cuando ello ocurre, el ovocito I finaliza la meiosis I, generando dos células haploides con cromosomas dobles (n, 2c). Sin embargo estas células no son iguales, ya que una de ellas será el enorme ovocito II que entrará a meiosis II, y la otra es una célula muy pequeña llamada polocito I cuya función es simplemente permitir la reducción cromosómica. La razón por la cual es tan pequeño, es porque el ovocito II debe perder muy poco volumen celular, ya que será la célula que alojará al espermatozoide por lo que debe ser lo suficientemente grande para contener al organismo que se creará. Los polocitos rara vez se dividen, debido a que previamente son fagocitados.

El ovocito II iniciará su segunda meiosis deteniéndose nuevamente. Esta vez lo hará en

metafase II. En esta detención ocurre un fenómeno muy conocido por las mujeres, ya que es en esta etapa cuando el ovocito II será expulsado del ovario en un proceso llamado ovulación (para más detalles ver el capítulo de Hormonas y sexualidad). Cuando es expulsado, el ovocito II tiene dos posibles destinos: ser fecundado por un espermatozoide o ser fagocitado por un glóbulo blanco poco tiempo después. Si el ovocito II es fecundado, la meiosis II continúa y finaliza, generando un polocito II y el gameto femenino llamado óvulo, concluyendo con la ovogénesis, pero iniciando un proceso mucho más complejo que es la creación del nuevo organismo.

Consideraciones de la ovogénesis El proceso de producción de gametos femeninos debe ser analizado con detenimiento, ya que ocurre junto a muchos procesos importantes para la vida.

- La ovogénesis es mucho más larga que la espermatogénesis. Anteriormente se mencionó que la última dura unas cuentas semanas, mientras que la otra dura muchos años, y en muy pocas ocasiones (cuando hay fecundación) finaliza completamente.

- Por cada ovogénesis se genera una sola célula (ovocito II), mediante un lapso de tiempo determinado (en el caso de la especie humana, se genera un ovocito II cada 30 días aproximadamente) siendo un proceso cíclico.

- Las hembras nacen con una cantidad determinada de ovogonios (400.000 aprox.) que serán los que a lo largo de su vida se convertirán en ovocitos II uno por uno, a diferencia del macho que está siempre produciendo nuevos espermatogonios.

- La ovogénesis ocurre dentro de un conjunto de procesos que son vitales en la vida de la hembra y de futuros de organismos. Ya que está íntimamente ligada al ciclo ovárico (menstruación y ovulación), a la fecundación y futura creación del nuevo organismo (embriogénesis).

- Si bien se dice que el producto final de la ovogénesis es el óvulo, realmente esta célula no existe más que por unos instantes. Esto se debe a que, cuando el espermatozoide ingresa al ovocito II ambos pro-núcleos se juntan y forman la primera célula del organismo nuevo; el cigoto. Por lo tanto, el óvulo propiamente tal existiría en ese pequeñísimo lapso de tiempo en el cual el espermatozoide entra al óvulo y está a punto de unirse con su pro-núcleo, lo que le permite terminar su meiosis II.


139

12.4. Fallas en el proceso de gametogénesis

A pesar de que la gametogénesis es un proceso muy complejo y por lo tanto es muy regulado para evitar errores, hay que entender que ningún proceso biológico está exento de fallas. En este caso, la causa más común de aneuploidías en los organismos se encuentra en la gametogénesis, específicamente en la meiosis.

En el capítulo de material genético, se explicó que existen casos en que la cantidad de cromosomas de algunos organismos es mayor o menor a la que tiene la especie. Un ejemplo característico son las personas que padecen síndrome de Down, ya que ellos poseen 47 cromosomas en vez del número de cromosomas de la especie humana que son 46. Este tipo de patologías ocurren debido a que no hubo una correcta meiosis.

Básicamente, lo que ocurre en estos casos es que no hubo una correcta división de cromosomas homólogos en anafase I y/o una correcta división de las cromátidas hermanas en anafase II. La no disyunción o no separación del material genético en partes iguales, generará cariotipos 2n+1 (trisomía) o 2n-1 (monosomía) (sobrará o faltará un cromosoma), los cuales son las aneuploidías. Si los gametos que poseen esta problemática logran fecundar, se generará un organismo con una deficiente cantidad de cromosomas, lo que producirá que este organismo desarrolle una patología determinada, que dependerá de cuál es el cromosoma que le sobre o le falte (para ver las diversas patologías, ver el capítulo de Material genético).

Figura 12.4. Comparación entre ambos gametos


140

Desafío

1. Completa el siguiente cuadro con la dotación cromosómica y material genético de cada célula que pasa por el proceso de gametogénesis.


Gonios Citos I Citos II Gametos Polocito I Polocito II

Cromosomas 2n

ADN 4c

2. Establece las diferencias y semejanzas entre la espermatogénesis y la ovogénesis.

Espermatogénesis Ovogénesis

Semejanzas

Diferencias

Figura 12.5. No disyunción de cromosomas en la meiosis (en la izquierda está la no disyunción de cromosomas homólogos en la anafase I, y en la derecha, la no disyunción de las cromátidas hermanas en

la anafase II)


141

Preguntas PSU

Las siguientes células contienen

número diploide de cromosomas:

Espermatogonios. Ovogonias. Espermatocito l. Ovocito l.

Solo l y ll. Solo lll y lV.

Solo l, ll y lll. l, ll, lll y lV. Ninguna de las anteriores.

Al término de la segunda división meiótica en la gametogénesis, tanto femenina como masculina, es correcto afirmar que:

Se forma un solo gameto en la gametogénesis femenina. No se forman gametos en la gametogénesis masculina. Se forma el primer cuerpo polar.

Sólo I. Sólo II.

Sólo I y II. Sólo II y III. I, II y III.

La gametogénesis femenina a diferencia

de la masculina:

En la primera meiosis origina células 2c.

Se obtienen gonios por proliferación. Los citos I son diploides. En la primera meiosis origina dos células. En la segunda meiosis no culmina en la gónada.

A una joven con ciclos menstruales irregulares se le diagnosticó ovario Poliquístico, por lo tanto

es probable que en estos ovarios se observen:

Ovogonios. Ovocitos I. Óvulos.

Sólo I. Sólo II.

Sólo III. Sólo I y II. Sólo II y III.

¿Cuál de las siguientes aseveraciones representa el papel principal de los polocitos o corpúsculos polares?

Arrastran material genético permitiendo al óvulo asegurar su haploidía. Mantienen reservas energéticas para el embrión. Activan el término de la segunda división meiótica del ovocito ll.

Activan la reacción de la zona pelúcida evitando la poliespermia.

Ninguna aseveración es correcta.

Cuando se produce la fecundación entre

individuos de una especie cuya dotación

cromosómica es 2n = 8, el cigoto resultante es:

A) 4n = 4.

B) 2n = 8.

C) 2n = 16.

D) 4n = 16.

E) 2n = 4.


142

Unidad 2: Herencia y evolución

Capítulo 13: Genética Mendeliana

Objetivos: - Comprender los aportes fundamentales de Mendel al estudio de la genética. - Reconocer la importancia del pensamiento científico en la elaboración de propuestas

teóricas. - Distinguir los principales mecanismos de la herencia mendeliana y post-mendeliana. - Aplicar las leyes de la herencia en el estudio de genealogías y la genética ligada al sexo.

Introducción

Muchos científicos antes de Mendel habían tratado de dilucidar cómo se heredan las características biológicas. Habían cruzado plantas o animales y observado detenidamente las semejanzas entre la progenie y sus progenitores. Los resultados fueron confusos, la progenie era semejante a un progenitor en algunos rasgos, al otro progenitor en otros y claramente no se asemejaba a ninguno en otros rasgos. No fue posible descubrir regularidades precisas.

Gregorio Mendel fue un monje austríaco del siglo XIX (1822-1884) fundamental en los conocimientos de genética que tenemos hoy en día. Él se intentó explicar el proceso biológico mediante el cual la descendencia poseía características similares a sus progenitores. A pesar de no haber sido el primero en intentarlo, Mendel pasó a la historia por la elección adecuada de su material de estudio y por su método de razonamiento.

El material de estudio fue una planta de arvejas llamada Pisum sativum, que era fácil de mantener y reproducir y que además poseía 7 rasgos externos fáciles de identificar y analizar, donde cada rasgo poseía dos variaciones. 13.1. Leyes de Mendel

Conviene aclarar que Mendel, por ser pionero, carecía de los conocimientos actuales sobre la presencia de pares de alelos en los seres vivos y sobre el mecanismo de transmisión de los

Figura 13.1. muestra los 7

rasgos de la Pisumsativum

con sus variaciones

binarias.


143

cromosomas, por lo que esta exposición está basada en la interpretación posterior de los trabajos de Mendel.

13.2. Dominancia y recesividad

Mendel se percató que en el caso de la Pisum sativum, una variación del rasgo dominaba

sobre la otra variación. O sea, que si cruzaba una planta con semillas amarillas puras con una de semillas verdes pura, el 100% de la descendencia (Generación F1) era amarilla. Entonces, al rasgo que se manifestaba en la descendencia –amarillo- lo llamó rasgo dominante y al que “desaparecía” –verde- lo llamó rasgo recesivo. Pero luego, se le ocurrió cruzar dos plantas de la descendencia F1 –ambas amarillas- y se percató que en la Generación F2, volvían a aparecer plantas con semillas verdes. ¿Qué pasó?

Desafío: ¿Cómo pudo determinar Mendel que contaba con semillas amarillas/verdes puras? 13.3. Primera ley de Mendel

La explicación a lo siguiente se realizará mediante conocimientos más modernos a Mendel, o

sea, que se explicará mediante conceptos posteriores a los experimentos de él, específicamente con conceptos tales como el de gametos y alelos, cuestiones que vienen a confirmar la

Figura 13.2. Cruzamiento con padres puros

Amarillo

Amarillo

Verde

Verde

Figura 13.3. Mecanismo de cruzamiento utilizado por Mendel


144

interpretación del monje sobre el mecanismo de la herencia. La interpretación científica de lo que sucedió, entonces, es la siguiente:

El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquel que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto. Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los individuos de la primera generación filial (F1), no se han mezclado ni han desaparecido, simplemente ocurría que se manifestaba sólo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo (genotipo Aa) formaba los gametos, se separaban sus alelos mediante el proceso de meiosis, de tal forma que en cada gameto sólo está presente uno de los alelos y así se pueden explicar los resultados obtenidos.

Enunciado de la 1 ley: “Los factores para cada carácter (alelos) segregan o se separan (Anafase I) en iguales proporciones

al momento de la formación de los gametos y terminan por lo tanto, en distintos gametos”. Dos corolarios importantísimos se derivan de esta ley:

1) La herencia es particulada, vale decir, los genes no se mezclan al pasar de una generación a la que sigue.

2) Los gametos son siempre puros, no existen gametos híbridos.

Cuando repasamos cuidadosamente el experimento de Mendel podemos fijar nuestra atención en dos aspectos distintos presentes en los descendientes de cada generación. Fácilmente podemos determinar la característica externa (Fenotipo) que presenta cada individuo en cada generación pero, ¿podríamos decir lo mismo a la hora de determinar sus características genéticas (Genotipo)?

En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe ninguna diferencia

aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA), pues ambos individuos presentan un fenotipo amarillo. Para esos casos, tenemos lo que se llama cruzamiento de prueba.

Figura 13.4. Cruce de dos semillas F1


145

Tablero de Punett: Es un método simple para predecir las proporciones genotípicas y fenotípicas de la progenie en un cruzamiento genético. Este método permite facilitar la comprensión del fenómeno de segregación de los alelos.

13.4. Cruzamiento de Prueba.

Método que sirve para diferenciar el individuo homocigoto del heterocigótico y consiste en

cruzar el fenotipo dominante (proveniente, por ejemplo, de un individuo de la F1) con la variedad homocigota recesiva (aa). Pueden ocurrir dos situaciones:

A mano izquierda observamos el caso 1, en donde la semilla fenotípicamente amarilla es genotípicamente homocigota. En dicha situación, un cruce con una planta homocigota recesiva tendrá como descendencia un 100% de plantas con semillas amarillas. A mano derecha, por el contrario, aunque la semilla sea amarilla fenotípicamente hablando, si hablamos de genotipo, ésta es heterocigota, por lo que un cruce con una planta homocigota recesiva dará como resultado una herencia mitad amarilla, mitad verde.

Figura 13.5 Cruzamiento

Figura 13.5: Cruzamiento de prueba


146

Entendiendo más a Mendel… Gregorio Mendel publicó los resultados de sus estudios genéticos con la arveja en 1866 y de este modo estableció los fundamentos de la genética moderna. En su trabajo, Mendel propuso algunos principios genéticos básicos. Uno de ellos se conoce como el Principio de Segregación. Él encontró que de cualquier progenitor solo una forma alélica de un gen es transmitida a la descendencia a través de los gametos. Por ejemplo, una planta que tiene un factor (gen) para la semilla lisa y también uno para la semilla rugosa deberá transmitir a su descendencia sólo uno de los dos alelos a través de un gameto. Mendel no sabía nada de cromosomas o de la meiosis ya que esto no había sido aún descubierto. Actualmente, se sabe que la base física de este principio está en la primera anafase meiótica donde los cromosomas homólogos se segregan o separan uno del otro. Si el gen para la semilla lisa está en un cromosoma y su forma alélica para la semilla rugosa está en su homólogo, resulta claro que los dos alelos no pueden encontrarse normalmente en el mismo gameto. 13.5. Segunda ley de Mendel o dihibridismo.

Luego de que las observaciones de Mendel funcionaran con un rasgo en estudio a la vez, el

monje decidió probar lo mismo observando 2 rasgos distintos a la vez. Por ejemplo, observar la distribución de caracteres del color de la semilla y la rugosidad (lisa o rugosa) de la semilla.

Tras múltiples cruzamientos, llegó a la siguiente ley de dihibridismo, también conocida como

la de distribución independiente, que señala que: “Los factores determinantes de rasgos distintos se combinan independiente unos con otros.”

O sea, que la distribución de los colores de las semillas se realiza de manera independiente de la distribución de la rugosidad de la semilla o del tipo de tallo o de la forma de la flor, etc. No existe una dependencia entre el color y el tipo de semilla, por esa razón es que podemos encontrar semillas amarillas lisas y amarillas rugosas, ya que dichos rasgos se distribuyen de manera independiente.

Los resultados de los experimentos de la segunda ley refuerzan el concepto de que los

genes son independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación tras generación. Para esta interpretación fue muy importante la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas.

Figura 13.6. Cruzamiento de dos padres

homocigoto para ambas características


147

En la figura 13.6, observamos el cruce de progenitores puros con 2 características

simultáneas: color y rugosidad. El primero es homocigoto dominante para color amarillo y liso y el

segundo es homocigoto recesivo verde y rugoso. La descendencia F1 serán todos heterocigotos

para el color y la rugosidad.

Las semillas obtenidas en este cruzamiento eran todas amarillas y lisas, cumpliéndose así

la primera ley para cada uno de los caracteres considerados, y revelándonos también que los

alelos dominantes para esos caracteres son los que determinan el color amarillo y la forma lisa. Las

plantas obtenidas y que constituyen la F1 son dihíbridas (AaBb).

Luego, las plantas de la F1 se cruzan entre sí, teniendo en cuenta los gametos que formarán cada una de las plantas. Se puede apreciar que los alelos de los distintos genes se transmiten con independencia unos de otros, ya que en la segunda generación filial F2 aparecen guisantes amarillos y rugosos y otros que son verdes y lisos, combinaciones no encontradas ni en la generación parental (P), ni en la filial primera (F1). Los resultados obtenidos para cada uno de los caracteres considerados por separado, responden a la segunda ley.

13.6. Cruzamiento de prueba dihíbrida.

Al hacer un cruzamiento de prueba a un dihíbrido (de la F1) se obtiene una descendencia representada por 4 fenotipos distintos que siguen una proporción fenotípica de 25% cada uno.

Figura 13.7. F1 para un cruzamiento dihíbrido


148

Los genes que están en cromosomas homólogos diferentes se distribuyen de manera independiente, por lo que los resultados de los cruzamientos de prueba de dihíbridos dan una proporción de 1:1:1:1

En cambio, cuando los genes están ligados no se distribuyen de manera independiente, sino que tienden a permanecer juntos en las mismas combinaciones en las que se encontraban en los progenitores, de esta manera los resultados de cruzamientos de prueba de individuos dihíbridos con genes ligados da por resultado una proporción de 1:1. 13.7. Casos que escapan a las leyes de Mendel

De todas maneras, como ya habíamos adelantado, la 2da ley no es tan universal como la ley

de la segregación, porque se aplica a los genes que se ubican en cromosomas distintos (no homólogos), pero no necesariamente a los que se ubican en el mismo cromosoma (ligados). Sin embargo, es correcto decir que los cromosomas se distribuyen en forma independiente durante la formación de los gametos (permutación cromosómica), de la misma manera que lo hacen dos genes cualquiera en pares de cromosomas no homólogos.

El Principio de la distribución independiente de Mendel, establece que la segregación de un

par de factores ocurre independientemente de la de cualquier otro par. Por ejemplo, en un par de cromosomas homólogos están los alelos para el color de la semilla: amarilla y verde y en el otro par de homólogos están los alelos para la forma de la misma: lisa y rugosa.

Figura 13.8. Ubicación (locus) de dos genes dentro de un cromosoma


149

La segregación de los alelos para el color de la semilla ocurre independientemente de la segregación de los alelos para la forma, porque cada par de homólogos se comporta como una unidad independiente durante la meiosis. Además debido a que la orientación de los bivalentes en la primera placa metafásica es completamente al azar, cuatro combinaciones de factores pueden encontrarse en los productos meióticos:

En la actualidad se sabe que esto es cierto sólo para los loci localizados en cromosomas homólogos distintos.

Genes Ligados

Cuando dos o más genes se encuentran en el mismo cromosoma, se dice que están ligados, pueden estarlo en los autosomas o en los sexuales. Los genes que están en el mismo cromosoma tienden a permanecer juntos durante la formación de gametos, por lo tanto, los resultados de los cruzamientos de prueba de individuos dihíbridos producen resultados diferentes.

13.8. Herencia Post-Mendeliana

Las Leyes de Mendel parecen ser válidas a lo largo del espectro completo de organismos eucariotas. Estas leyes forman una base para predecir el resultado de cruzamientos simples. Sin embargo, sólo es una base; el mundo real de los genes y los cromosomas es más complejo que lo que sugieren las Leyes de Mendel, y las extensiones y excepciones son abundantes. Estas no invalidan las leyes de Mendel, sin embargo, demuestran que existen otras situaciones que pueden explicarse mediante la distribución y la segregación independiente de las parejas génicas, situaciones que deben ser acomodadas en el entramado del análisis genético.

En los guisantes estudiados por Mendel, las diferencias en los fenotipos eran determinantes: presencia o ausencia, color verde o amarillo, tallo alto o bajo, etc. Sin embargo, también se apreciaban diferencias cuantitativas, las mismas plantas de Mendel no eran uniformemente bajas o uniformemente altas, existía una graduación. Otra excepción a Mendel es que no todos los caracteres están determinados por un par de alelos, existen caracteres determinados por más de


150

dos alelos y también existen interacciones entre los distintos genes de una especie, no todos los caracteres segregan siempre en forma independiente, muchos se hallan “ligados”. 13.9. Dominancia Incompleta:

En las plantas de Don Diego de la noche (Mirabilis jalapa), al cruzar una variedad roja homocigótica (RR) con una blanca homocigótica (BB), se produce una generación filial F1 de plantas heterocigóticas (RB), de flores rosadas, un fenotipo intermedio al de ambos homocigotos. Al cruzar entre sí plantas de la generación F1, las características rojo y blanco aparecen de nuevo en la progenie (F2), lo cual muestra que los alelos se mantienen como unidades discretas inalteradas. En general, en la dominancia incompleta el fenotipo de heterocigoto es intermedio, cae dentro del espectro, entre los fenotipos de los dos homocigotos (fenotipos parentales). 13.9.1 Codominancia

En esta interacción entre alelos homocigotos, el fenotipo del heterocigoto no es intermedio, sino que expresa simultáneamente ambos fenotipos. En bovinos y equinos es común ver individuos de pelaje roano. Un potrillo roano es descendiente de una hembra blanca y un macho alazán (rojizo) ambos puros homocigotos. El potrillo roano tiene un pelaje rojizo claro con manchas de pelo blanco. Aquí los genes del alazán y el blanco se han expresado de manera independiente en el heterocigoto roano. Otro caso de codominancia que se considera clásico es el del grupo sanguíneo AB. En general, en la codominancia, el fenotipo del heterocigoto incluye los fenotipos de ambos homocigotos.

En dominancia incompleta y en codominancia las proporciones genotípicas y fenotípicas en

F2 son iguales: 1:2: 1


151

13.9.2. Relaciones Alélicas: Alelos múltiples y codominantes.

En los ejemplos vistos hasta ahora nos encontramos que para cada característica existen sólo dos posibles alelos, sin embargo para muchas características de los seres vivos nos encontramos con más de dos genes alelos determinando un carácter. Aunque en una célula diploide sólo pueden existir dos alelos, el número total de posibles formas alélicas pares diferentes es, a menudo, bastante grande. Esta situación se conoce como alelismo múltiple.

Un ejemplo característico de alelismo múltiple es la

serie de alelos que controlan los grupos sanguíneos ABO. Hay cuatro grupos sanguíneos (o fenotipos) en el sistema ABO. La serie alélica incluye tres alelos: A, B y O aunque, por supuesto, cada persona lleva sólo dos de estos alelos. Los alelos A y B son dominantes sobre O pero son codominantes entre sí.

Fenotipo (Grupo sanguíneo)

Genotipo Antígeno

(aglutinógeno en la célula) Anticuerpos

(aglutininas en el plasma)

1 o AB AB A y B (receptor universal) No tiene

2 o A AA o A0 A Anti – B

3 o B BB o B0 B Anti – A

4 o 0 00 No tiene (donador universal) Anti – A y Anti – B

Tabla 13.1. Relación entre grupo sanguíneo, antígenos celulares, anticuerpos del plasma y genotipo del sistema ABO 13.10. Genética Ligada al Sexo

La diferenciación sexual es la expresión fenotípica de un conjunto de factores genéticos que determinan que el individuo sea capaz de producir uno u otro tipo de células sexuales (gametos). Los individuos macho o de sexo masculino, son los productores de espermatozoides, los individuos hembra o de sexo femenino, son los productores de óvulos y los individuos hermafroditas son capaces de producir ambos gametos a la vez.

Los mecanismos de determinación genética del sexo, se suponen, serían el resultado de la participación de muchos genes que interactúan entre sí y con el ambiente. 13.10.1. Herencia ligada al sexo

En la especie humana los cromosomas X e Y presentan diferencias morfológicas, el Y es más pequeño que el X, y tienen distinto contenido génico. Están compuestos por un segmento homólogo donde se localizan genes que regulan los mismos caracteres y otro segmento diferencial, que porta en un caso los genes exclusivos del X (caracteres ginándricos), y en el otro caso los del cromosoma Y (caracteres holándricos). Los caracteres cuyos genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma X o del cromosoma Y, se denominan ligados al sexo.

Figura 13.9. Determinación grupos sanguíneos como ejemplo de

alelismo múltiple.


152

A) Herencia Ligada al Cromosoma X Recesivo

Por encontrarse los genes en el segmento diferencial del cromosoma X la herencia de las enfermedades como el daltonismo, la hemofilia y un tipo de distrofia muscular se dan en proporción distinta en hombres y mujeres. El hombre por tener una X, sólo puede portar un gen del par de alelos, fenómeno conocido como hemicigocis.

Figura 13.10. Herencia ligada al Cromosoma X Recesivo.

* Por lo general el gen sano no se coloca, quedando para hombres y mujeres normales XY Y XX respectivamente.

B) Herencia Ligada al Cromosoma X Dominante

En este caso, a diferencia de las enfermedades ligadas a X recesiva, la mujer no tiene calidad de portadora. Ejemplos de enfermedades ligadas a X dominante son: el raquitismo hipofosfatémico que lleva a formar estructuras óseas anormales y frágiles, y la incontinencia pigmentaria, que afecta a la piel, pelo, dientes y sistema nervioso central.

Figura 13.11. Herencia ligada al Cromosoma X Dominante.

* Por lo general, toda enfermedad dominante tanto ligada a X, como autosómica se presenta en forma heterocigota.

C) Herencia Ligada al Cromosoma Y Sus genes se localizan en el segmento diferencial del cromosoma Y, y se denominan

holándricos y se heredan sólo de padres a hijos varones, por ejemplo la hipertricosis que consiste en el crecimiento de pelos en el pabellón auricular.


153

13.11. Genealogías

El hombre, sin haber tenido conocimiento alguno de genética, siempre se ha preocupado de su herencia, pues en todos los tiempos ha podido observar la transmisión de rasgos físicos y mentales. Tú mismo has heredado genes que determinaron tus rasgos individuales: tipo de sangre, de pelo, color de la piel, color de ojos, etc.

Para estudiar la distribución familiar de ciertas características, se realiza un análisis genealógico, el cual se basa en la construcción de genealogías o árboles genealógicos (pedigrí).

Una genealogía es un gráfico que expresa las relaciones de parentesco de un individuo que presenta el fenotipo de interés, con los miembros de su familia. En las figuras siguientes se representan los símbolos convencionales, para presentar este tipo de información.

13.11. Tipos de herencia y árboles genealógicos. A). Herencia autosómica dominante.

Figura13.12. Representación de una

Genealogía.


154

B) Herencia autosómica recesiva. C) Herencia dominante ligada al cromosoma X. D) Herencia recesiva ligada al cromosoma X.


155

D) Herencia ligada al cromosoma Y (holándrica). E) Herencia extracromosomal o mitocondrial.

Me debería importar: Los frutos de las especies de tomates silvestres son diminutos en comparación con los tomates gigantes “Beefsteak” actualmente disponibles. Esta diferencia en el tamaño de los frutos se debe casi por completo al mayor número de células de los frutos cultivados. Los biólogos moleculares que trabajan con vegetales han descubierto recientemente genes que son responsables de controlar la división celular en los tomates. ¿Por qué este descubrimiento podría ser importante para los productores de otras clases de frutas y vegetales? ¿Para el estudio del desarrollo humano y de las enfermedades del hombre? ¿Para nuestra comprensión básica de la biología?


156

Preguntas PSU

1. Juan tiene un gato negro llamado Sam. Cuando Juan cruza a Sam con una gata blanca, obtiene una camada de ½ de gatitos blancos y ½ de gatitos negros, al cruzar estos gatitos negros entre ellos, originan ¾ de gatitos negros y ¼ de gatitos blancos. Estos resultados permiten correctamente:

Constatar que el gato Sam es híbrido. Que los gatos blancos son homocigotos.

Aseveran que el color negro es dominante.

Sólo I. Sólo II. Sólo III. Sólo I y II. I, II y III.

2. En los seres humanos, la alcaptonuria es una

alteración metabólica en la cual las personas afectadas producen orina negra y presentan problemas neurológicos. La alcaptonuria

está determinada por el alelo (a) que es recesivo respecto al alelo para el metabolismo normal (A). Sally tienen un

metabolismo normal, pero su hermano tiene alcaptonuria. El padre de Sally tiene alcaptonuria y su madre tiene un metabolismo normal. Respecto a los

genotipos de la familia es correcto señalar que:

Sally posee el alelo recesivo. La madre de Sally es heterocigota.

El padre y el hermano de Sally son homocigotos dominantes.

Sólo I. Sólo II. Sólo III.

Sólo I y II. I, II y III.

3. Si en cruzamiento se obtienen los siguientes resultados:

1 planta alta de hojas largas. 1 planta alta de hojas recortadas. 1 planta enana de hojas largas. 1 planta enana de hojas recortadas.

El genotipo más probable de sus padres será:

AaBb x aabb. AAbb x AABB. AABB x aaBB. AaBb x AaBb. AABB x AaBb.

4. El siguiente árbol genealógico presenta una enfermedad cuyo tipo de herencia más probable es:

Ligada a Y. Ligada a X recesiva. Autosómica recesiva. Ligada a X dominante. Autosómica dominante.


157


158

Unidad 3: Procesos y Funciones Vitales

Capítulo 14: Sistema Endocrino

Objetivos:

- Conocer los elementos básicos del control hormonal y sus acciones reguladoras sobre los

procesos fisiológicos del hombre.

- Comparar las principales diferencias entre sistema endocrino y nervioso.

- Comprender la fisiología y fisiopatología del sistema endocrino.

- Reconocer algunas enfermedades del sistema endocrino.

- Conocer los mecanismos de acción de glándulas endocrinas y sus respectivas hormonas.

- Identificar los mecanismos de retroalimentación de las hormonas reguladas por el eje

hipotálamo-hipófisis.

Introducción

Las funciones corporales del ser humano son gobernadas principalmente por dos sistemas,

el Sistema Endocrino y el Sistema Nervioso. Ambos sistemas trabajan en forma coordinada para

poder mantener un equilibrio entre el organismo y su ambiente, es decir, ambos trabajan para

mantener la Homeostasis corporal. La homeostasis se define como la mantención de un medio

interno estable, frente a un medio externo variable. En los seres humanos, esta regulación implica

conservar dentro de valores fisiológicos normales parámetros tales como el pH sanguíneo, la

temperatura corporal, la glicemia, la natremia, la volemia, la presión arterial, entre muchas otras.

De esta forma, la homeostasis asegura que las células que conforman nuestro organismo puedan

vivir y realizar sus funciones vitales. En esta ocasión revisaremos algunos de los mecanismos

reguladores del sistema endocrino con los cuales nuestro organismo tiende a alcanzar el equilibrio

interno.

Desafío:

Analiza la siguiente imagen y

mencione 3 diferencias y

semejanzas entre sistema

endocrino y sistema nervioso.

Sistema Endocrino

Este sistema se encarga de regular el metabolismo corporal mediante mensajeros químicos

llamados hormonas. Dentro de las funciones que este sistema cumple podemos mencionar:

regulación de la concentración de iones en sangre (sodio, potasio, calcio, entre otros), regulación


159

de la glicemia (cantidad de glucosa en sangre), regulación de los procesos de reproducción, el

crecimiento y desarrollo, entre otros.

14.1. Hormonas

Las hormonas son mensajeros químicos de distinta naturaleza encargados de llevar mensajes e instrucciones a las células. Estos mensajeros poseen un efecto lento y duradero si lo comparamos con la acción del sistema nervioso, el cual es más rápido y breve. Aunque las hormonas tienen en común la función de coordinar y controlar el normal funcionamiento de la actividad celular, se diferencian en su naturaleza química. Atendiendo a este criterio, se reconocen hormonas de tipo:

A) Proteicas y peptídicas: La mayoría de las hormonas de nuestro organismo son proteínas o

polipéptidos. El tamaño de estos mensajeros varía desde los 3 a los 200 aminoácidos.

Algunos ejemplos serían: LH, FSH, Insulina,

glucagón, entre otros.

B) Esteroidal: Estas hormonas se sintetizan a partir del colesterol y son liposolubles. Algunos ejemplos serían: estrógenos, progesterona, testosterona, cortisol, entre otros.

C) Derivados de aminoácidos: También denominados como hormonas derivadas aminoácidos modificados. Este tipo de hormonas son sintetizadas principalmente en dos glándulas, la glándula tiroides y suprarrenal. Algunos ejemplos serían: T3, T4, adrenalina y noradrenalina.

Las hormonas son sintetizadas y liberadas por un grupo de

células con actividad secretora, que en conjunto se

denominan glándula. Una vez liberadas al intersticio

(también llamado espacio tisular) o directamente al torrente

sanguíneo, estas comienzan a viajar por todo el cuerpo

humano hasta que finalmente se encuentran con su célula

blanco la cual es capaz de responder a la acción hormonal. Esta célula blanco se caracteriza por

poseer en su membrana plasmática receptores específicos que captan la señal hormonal.

Figura 14.1. Esquema de la Insulina

humana, hormona peptídica de 51

aminoácidos, que regula el

metabolismo de los carbohidratos

(glucosa).

Figura 14.2. La Interacción entre hormona-receptor es

muy específica, es decir, el receptor sólo captara la

señal de un mensajero especifico según corresponda.

En el dibujo, ambas células (derecha) poseen

receptores de membrana, pero sólo una es capaz de

recibir o captar a la hormona. A esta célula se le

denomina célula blanco.

Célula blanco

Célula cualquiera

(no receptora)

Hormona

Célula secretora


160

14.2. Mecanismos moleculares de acción hormonal

La acción hormonal comienza cuando esta se une a su receptor específico en la célula blanco. Las

células que no poseen receptores para las hormonas no responden. Los receptores se pueden

localizar en la membrana plasmática, en el citoplasma o en el núcleo celular. Cuando la hormona

se encuentra con su receptor, se desencadena una cascada de reacciones intracelulares.

Los receptores hormonales son proteínas de gran tamaño y cada célula posee habitualmente

entre 2.000 y 100.000 receptores. Además, cada receptor suele ser muy específico para una única

hormona.

A) Mecanismo de acción de las hormonas proteicas: Estas hormonas se unen a los

receptores ubicados en la membrana celular, lo que determina que las hormonas

proteicas no pueden ingresar al interior de la célula. Sus efectos fisiológicos se producen

mediante la acción de una molécula intracelular que actúa como segundo mensajero, el

cual suele ser un intermediario entre el primer mensajero (la hormona) y la acción final de

esta. Existe una amplia variedad de segundos mensajeros, pero el más común es el AMP

cíclico (AMPc).

B) Mecanismo de acción de las hormonas esteroidales: Estas hormonas sí pueden atravesar

la membrana plasmática por su naturaleza lipídica y bajo peso molecular. Una vez en el

citoplasma se une a su receptor específico.

Diversas hormonas, especialmente las esteroidales y tiroídeas, se unen a los receptores

ubicados en el interior celular y no en su membrana. A continuación el complejo hormona-

receptor activado, se une a un segmento especifico del ADN en el núcleo celular iniciando

la transcripción (formación de ARNm a partir de ADN) y luego la traducción (formación de

proteínas a partir de la lectura del ARNm al pasar por un Ribosoma).

Órganos endocrinos: Existen órganos en el cuerpo humano capaces de sintetizar y liberar

hormonas, estos órganos son: riñón, que produce eritropoyetina; corazón, que produce

atriopeptina; estómago, que produce gastrina; hígado, que produce angiotensinógeno y el

intestino que libera secretina.

Figura 14.3. Mecanismo de acción

de hormonas proteicas. Estas

hormonas no pueden atravesar la

membrana plasmática por lo que

necesitan de la ayuda de un

segundo mensajero como el AMPc.


161

Figura 14.4. Mecanismo de acción

de hormonas esteroidales. Estas

hormonas gracias a su naturaleza

lipídica atraviesan fácilmente las

membranas celulares de la célula

diana (célula blanco). Una vez

dentro son capaces de regular la

expresión de algunos genes.

+

Figura 14.5. Cuando el hipotálamo detecta bajos niveles de

hormonas tiroideas, secreta una hormona llamada hormona

liberadora de Tirotropina (TRH) para que actúe sobre la

adenohipófisis. En la adenohipófisis se libera en respuesta la

Tirotropina (TSH), que ingresa a la sangre. La TSH estimula a la

glándula tiroides a secretar las hormonas tiroídeas. Cuando los

niveles de hormonas tiroídeas son altos, dos mecanismos de

retroalimentación negativa operan. En el primero, las hormonas de

la tiroides actúan sobre el hipotálamo para inhibir la liberación de la

TRH. En el segundo mecanismo las hormonas tiroídeas actúan sobre

la hipófisis anterior para inhibir la liberación de la TSH. El resultado

es que los niveles de Las hormonas tiroídeas disminuyen en sangre.

Algunos conceptos importantes

Hormona trófica: Son aquellas que actúan estimulando a otra glándula. Por ejemplo, la

Tirotropina o TSH (Hormona Estimulante de la Tiroides) estimula a la glándula tiroides para que

esta secrete otras hormonas como la T3 y T4 (tiroxina).

Hormona no trófica: Son aquellas que actúan directamente sobre la célula blanco. Por ejemplo

la prolactina (PRL) estimula directamente a la glándula mamaria para la producción de leche.

Retroalimentación: También conocido como feed-back, es un proceso de regulación hormonal

el cual puede ser negativo o positivo.

Retroalimentación negativa: Es cuando el último paso de una serie de eventos inhibe al paso

inicial Ej. Cuando la T3 y T4 se encuentran en altas concentraciones en sangre, comienzan a

inhibir la producción de TSH a nivel hipofisiario.

Retroalimentación positiva: Es cuando el último paso de una serie de eventos estimula al paso

inicial. Ej. Cuando el alza de estrógenos provoca un aumento de la LH (en vez de inhibirla) justo

antes de la ovulación.


162

14.4. Glándulas

Las glándulas son nada más que un conjunto de células con

actividad secretora. Estas glándulas endocrinas vierten sus

secreciones hormonales al líquido extracelular (intersticial) o

directamente en la sangre, sin utilizar conductos o cavidades.

Estas glándulas poseen células que sintetizan y liberan

hormonas, en un proceso conocido como secreción hormonal.

Estas células se agrupan en racimos o también en folículos y se

encuentran en estrecha relación con una rica red de vasos

sanguíneos (capilares).

Sin embargo, no todas las secreciones hormonales son de

tipo endocrinas. Hay otros casos donde las hormonas son

liberadas y luego captadas por células próximas o células vecinas

(secreción Paracrina).

Tipos de comunicación celular

En organismos pluricelulares como nosotros

los humanos, el modo de comunicación

celular más habitual es por medio de

hormonas. Esto permite controlar y coordinar

respuestas orgánicas tanto a nivel local como

sistémicas. Algunos tipos de comunicación

celular son:

A) Comunicación autocrina: Es cuando la célula sintetiza y libera una sustancia para luego ser

captada por ella misma.

B) Comunicación paracrina: En este caso la célula sintetiza y libera una sustancia al medio

intersticial para luego ser captado por células vecinas a esta

C) Comunicación de contacto: También llamada comunicación Yuxtacrina, Es la forma de

comunicación es la más íntima y la más cercana de todas. No requiere liberación de la

molécula secretada. Las células se comunican mediante moléculas señalizadoras alojadas

en la membrana plasmática, esta molécula se une al receptor de la célula diana (célula

blanco) provocando respuestas intracelulares ulteriores.

D) Comunicación neuronal: Corresponde a la comunicación mediante sinapsis neuronal, ya

sea sinapsis química y sinapsis eléctrica.

Figura 14.6. Esquema que

representa una secreción

hormonal de tipo endocrina.

Figura 14.7. Comunicación celular.


163

14.5. Glándulas Endocrinas y Glándulas Exocrinas

De forma simple podemos decir que en ambos casos se producen y liberan sustancias

químicas que pueden afectar el funcionamiento celular. Una característica importante de las

glándulas exocrinas es que tienen un conducto que permite la conducción de la secreción, lo que

no ocurre con las de tipo endocrina. También podemos decir que las secreciones exocrinas son

liberadas a superficies o cavidades del cuerpo humano, por lo que no necesitan estar asociada una

red capilar.

Algunos ejemplos de glándulas exocrinas tenemos: Glándulas sudoríparas, glándulas

sebáceas, glándulas salivales, glándula lagrimal, glándula mamaria, entre otros. Por otra parte

tenemos a órganos que son capaces de comportarse como glándulas endocrinas y exocrinas a la

vez (Anficrinos) como por ejemplo el Páncreas, el hígado, testículos y otros más.

Las principales glándulas de tipo endocrinas son el hipotálamo, hipófisis (pituitaria),

tiroides, paratiroides, suprarrenales y gónadas (testículos y ovarios).

Figura 14.8. Tipos de comunicación celular: A) Comunicación Autocrina; B) Comunicación Paracrina;

C) Comunicación por Contacto o Yuxtacrina; D) Comunicación Neuronal o por Sinapsis.

A B

C D


164

14.6. Eje Hipotálamo-Hipófisis-Glándula periférica

El hipotálamo y la hipófisis son dos estructuras ubicadas en la base del cerebro,

encargadas de producir hormonas que regulan la acción de muchas glándulas periféricas. Esta

producción hormonal está controlada por el eje hipotálamo-hipófisis, sistema que además consta

de una red neuronal y vascular que comunica ambas estructuras. Generalmente el hipotálamo

regula la acción hipofisiaria, luego la hipófisis regula la acción de la glándula periférica y esta

última ejerce su efecto liberando su respectiva hormona.

Hipotálamo

Como dijimos anteriormente el hipotálamo se ubica en la base del cerebro y posee un

componente nervioso y endocrino a la vez. Su función nerviosa se relaciona con la regulación en la

ingesta de agua y alimentos, temperatura corporal, comportamiento emocional, entre otros. Por

lo tanto el hipotálamo es una central que recoge información del bienestar interno del organismo.

Por otro lado la función endocrina del hipotálamo se relaciona con la regulación de la hipófisis.

¿Cómo el hipotálamo regula a la hipófisis?

Casi toda la secreción de la hipófisis está controlada por señales hormonales o nerviosas

procedentes del hipotálamo. La secreción de la neurohipófisis está controlada por señales

nerviosas de origen hipotalámicas. En cambio la secreción de la adenohipófisis está controlada

por un grupo de hormonas denominadas factores liberadores o inhibidores (según su función).

Estos factores liberadores e inhibidores pasan del hipotálamo a la hipófisis a través de pequeños

vasos sanguíneos denominados vasos porta hipotalámicos-hipofisiarios.

Figura 14.9. Glándulas exocrinas (izquierda) y endocrina (derecha).


165

La siguiente tabla muestra las hormonas secretadas por el hipotálamo y sus funciones:

Hormona (factor hipotalámico) Función

TRH (Hormona liberadora de Tirotropina). Estimula la liberación de la hormona TSH (Hormona estimulante de la tiroides).

GnRH (Hormona liberadora de Gonadotropinas). Estimula la liberación de Gonadotropinas LH y FSH (Hormona Luteinizante y Hormona Folículo Estimulante).

CRH (Hormona liberadora de corticotropina). Estimula la liberación de corticotropina ACTH (Adrenocorticotropina).

GHRH (Hormona liberadora de la hormona del crecimiento).

Estimula la liberación de la Hormona del Crecimiento (GH) y de la hormona inhibidora de la GH (GHIH).

PRH (Hormona liberadora de Prolactina). Estimula la liberación de la Prolactina (PRL).

PIH (Hormona inhibidora de la Prolactina) O Dopamina,

Inhibe la liberación de la Prolactina (PRL).

GHIH (Hormona inhibidora de la hormona del crecimiento) o Somatostatina.

Inhibe la liberación de la hormona del crecimiento (GH).

Hipófisis

La glándula hipófisis, también denominada pituitaria, es una pequeña estructura ubicada

en la base del cerebro debajo del hipotálamo con el cual se comunica a través del tallo hipofisiario.

La hipófisis descansa sobre el piso del cráneo en una cavidad ósea llamada silla turca. Esta

glándula posee tres lóbulos bien definidos, el lóbulo anterior o adenohipófisis, el lóbulo medio y

el lóbulo posterior o neurohipófisis.

Tabla 14.1. Factores hipotalámicos y su función en la hipófisis.

Figura 14.10. Glándula

hipófisis. Aquí se pueden

observar sus lóbulos

anterior, medio y posterior.

El lóbulo anterior sintetiza

hormonas como: LH, FSH,

ACTH, TSH, GH, PRL. El

lóbulo medio sintetiza la

hormona estimulante de

melanocitos MSH. Por

último el lóbulo posterior

almacena y libera hormonas

como; ADH y Oxitocina.


166

a. Lóbulo anterior de la hipófisis o adenohipófisis La adenohipófisis secreta seis hormonas peptídicas de importancia que intervienen en el control de las funciones metabólicas de todo el organismo. Recordemos que este lóbulo de la hipófisis el controlado por el hipotálamo mediante factores liberadores e inhibidores. Por último es importante destacar que posee cinco tipos distintos de células en su interior, cada una de las cuales le dará lugar a la síntesis de estas seis hormonas mencionadas anteriormente. Estas células son:

1. Células Somatotrofas: Secretan hormona del crecimiento (GH).

2. Células Corticotrofas: Adrenocorticotrofina (ACTH).

3. Células Tirotrofas: Tirotrofina (TSH).

4. Células Gonadotrofas: Gonadotrofinas (LH y FSH).

5. Células Mamotrofas: Prolactina (PRL).

Hipófisis Hormona Función

Hipófisis anterior o Adenohipófisis

GH o somatotrofina (hormona del crecimiento).

Estimula la síntesis de proteínas y por ende favorece el crecimiento de huesos y cartílagos.

PRL (prolactina) Estimula la producción de leche en la glándula mamaria. Durante el periodo de lactancia inhibe a las gonadotrofinas.

TSH (Hormona estimulante de la tiroides).

Estimula a la glándula tiroides para que secrete hormonas como la T3 y T4 (Tiroxina).

ACTH (Hormona Adrenocorticotrofina).

Estimula a la corteza suprarrenal para que secrete glucocorticoides y andrógenos.

LH (Hormona Luteinizante).

Hombres: Regula la secreción de testosterona en las células de Leydig. Mujer: Controla la maduración del folículo, la ovulación, la iniciación del cuerpo lúteo y la secreción de progesterona.

FSH (Hormona folículo estimulante).

Hombres: Estimula la producción de espermatozoides en los túbulos seminíferos. Mujeres: Estimula la producción del folículo ovárico y de estrógenos.

Figura 14.11. Ubicación del hipotálamo y la hipófisis.

Tabla 14.2. Hormonas liberadas por la hipófisis anterior (adenohipófisis) y sus funciones principales.


167

Figura 14.12. Esquema simple de la

regulación de la liberación e

inhibición de la hormona del

crecimiento.

b. Lóbulo posterior de la hipófisis o neurohipófisis

La neurohipófisis almacena y libera dos hormonas peptídicas importantes, la ADH

(antidiurética) y la Oxitocina. Es importante recordar que es el hipotálamo quien sintetiza estas

hormonas que luego son almacenadas en la hipófisis posterior. Estas hormonas viajan a través de

axones de neuronas hipotalámicas hasta el lóbulo posterior donde luego serán liberadas.


Hipófisis posterior o Neurohipófisis

Oxitocina Estimula las contracciones uterinas durante el parto y la eyección de leche durante la lactancia materna.

ADH (vasopresina o Antidiurética).

Estimula la reabsorción de agua y sodio, es muy importante en la homeostasis hidrosalina. Además aumenta la presión arterial.

c. Lóbulo medio de la hipófisis

Este lóbulo produce una hormona denominada MSH (hormona estimulante de melanocitos).

En los humanos esta función se ve disminuida porque este lóbulo generalmente se encuentra

atrofiado. La MSH estimula a un tipo de células de la epidermis llamadas melanocitos para que

liberen un pigmento llamado melanina. El albinismo es una patología genética donde la

producción de melanina es deficiente.


Hipófisis media MSH (Hormona estimulante de melanocitos).

Estimula la síntesis de melanina por parte de los melanocitos. (La melanina es un pigmento que determina el color de nuestra piel).

Fisiopatología del sistema endocrino

14.7. Hormona del crecimiento “GH”

La hormona del crecimiento también conocida como

Somatotrofina, es una proteína de 191 aminoácidos. Esta

hormona se secreta en la adenohipófisis específicamente

en las células Somatotrofas de la misma. La liberación e

inhibición de esta hormona es regulada por el hipotálamo

el cual libera GHRH (hormona liberadora de la hormona

del crecimiento) y GHIH (hormona inhibidora de la

hormona del crecimiento).

Tabla 14.3. Hormonas liberadas por la hipófisis posterior (Neurohipófisis) y sus funciones principales.

Tabla 14.4. Hormonas liberadas por la hipófisis media y sus funciones

principales.


168

¿Qué hace esta hormona?

- Induce el crecimiento de diversos tejidos

corporales (ej. Músculos, huesos y cartílagos).

- Aumenta la síntesis proteica en casi todas las

células del organismo.

- Utiliza las grasas como fuente primaria de energía.

- Disminuye la cantidad de glucosa utilizada por el

organismo (resistencia a la insulina).

- Favorece el aumento del tamaño celular.

- Favorece la mitosis celular.

- Favorece la diferenciación de células óseas y

musculares.

- Favorece la conversión de los condrocitos a células

osteogénicas (para la creación de nuevo tejido

óseo).

La hormona del crecimiento ejerce gran parte de su efecto a través de sustancias intermedias

denominadas somatomedinas, llamadas también factor de crecimiento insulinoide (IGF). La

hormona del crecimiento es liberada por la hipófisis, luego pasa al hígado donde es convertida a

IGF o (somatomedina). Es finalmente la somatomedina la encargada de cumplir con las funciones

de crecimiento y desarrollo corporal.

Existen muchos tipos de somatomedinas pero la más conocida es la somatomedina C o (IGF-I).

Regulación de la Hormona del crecimiento

Estimulación de la GH Inhibición de la GH

Inanición, especialmente de proteínas Obesidad

Hipoglicemia Hiperglicemia

Ejercicio, excitación Aumento de ácidos grasos en sangre

Sueño profundo (fases II y IV) Envejecimiento

Traumatismos Hormona del crecimiento (exógena)

Hormona liberadora de GH Somatomedinas (IGF-I)

Patologías en la secreción de GH

La glándula hipófisis se puede alterar por diferentes causas, pero la más común es cuando

estamos en presencia de un tumor hipofisiario, de las células Somatotrofas en este caso -células

que secretan GH- lo cual puede provocar una hipersecreción o una hiposecreción de esta

hormona.

Algunas patologías provocadas por alteración en la producción y liberación de esta

hormona son: el enanismo hipofisiario, la acromegalia y el gigantismo.

Tabla 14.5. Factores que estimulan o inhiben la secreción de la hormona del

crecimiento.

Figura 14.13. Transformación de la

GH en IGF-I.


169

- Enanismo hipofisiario: Patología provocada por un déficit de la hormona del crecimiento

durante la infancia y adolescencia. En general todas las partes del organismo se

desarrollan en forma proporcionada, pero la velocidad de desarrollo disminuye

enormemente. Esta enfermedad hace que hombres de 20 años luzcan como niños de 7 o

10 años. El tratamiento de esta enfermedad consiste en la administración de la hormona

del crecimiento al niño desde el nacimiento. Esta hormona se obtiene gracias a las

técnicas de ADN recombinante.

- Gigantismo hipofisiario: Patología provocada por un aumento en la secreción de la

hormona del crecimiento durante la niñez (antes que termine el crecimiento óseo). En

esta enfermedad la persona crece teniendo un promedio de estatura superior al resto de

la gente (llegando hasta los 2.5 metros en algunos casos). Esto generalmente es provocado

por un tumor hipofisiario que produce hipersecreción de GH. El tratamiento consiste en

extirpar el tumor o administrar análogos de la Somatostatina.

- Acromegalia: Patología provocada por un aumento en la secreción de la hormona del

crecimiento durante la adultez (después de que termina el crecimiento óseo). Aquí no

aumenta el largo de los huesos sino que se ensanchan. Aumentan el tamaño de los huesos

de manos, pies, cráneo, nariz, maxilar, entre otros. Además estas personas sufren de un

aumento en el tamaño de órganos como el hígado, riñón y lengua. El tratamiento por lo

general es extraer el tumor causante de esta enfermedad mediante cirugía o radioterapia.

14.8. Glándula tiroides

Esta glándula se localiza en el cuello, debajo de la

laringe y delante de la tráquea, además presenta

dos lóbulos (derecho e izquierdo) unidos por un

istmo. Sintetiza y libera tres hormonas de

importancia, la tiroxina (T4), triyodotironina (T3)

y la calcitonina. La T3 y T4, se sintetizan a partir

del aminoácido tirosina y yodo. En casi todos los

tejidos la T4 se transforma en T3, su forma más

activa (la T3 es cuatro veces más potente que la

T4).

Las hormonas tiroideas inducen un

notable aumento en el metabolismo del

organismo, son necesarias también para un

crecimiento y desarrollo normales.

Figura 14.14. Ubicación in situ de la glándula tiroides.


170

Figura 14.15. Folículos tiroideos

La tiroides posee en su estructura múltiples

folículos rodeados, naturalmente, por células

foliculares. En su interior encontramos una

sustancia denominada coloide, donde el principal

elemento encontrado en esa zona es una proteína

denominada tiroglobulina.

La tiroglobulina posteriormente sufre un proceso

de yodación (adición de átomos de yodo). Esta

proteína contiene múltiples aminoácidos de

tirosina a los cuales se les incorporan átomos de

iodo (tres átomos de iodo para la T3 y cuatro

átomos de iodo para la T4).

¿Qué hacen las hormonas tiroideas en el organismo?

- Aumentan el metabolismo basal

- Incrementan el número y actividad de mitocondrias en las células.

- Aumentan el transporte activo de iones a través de la membrana celular.

- Aumenta el crecimiento y desarrollo de músculos y huesos (al igual que la GH).

- Incrementa el desarrollo cerebral (intelecto).

- Incrementa el metabolismo de carbohidratos y lípidos.

- Aumenta la respiración y la motilidad digestiva.

Figura 14.16. Esquema de las

hormonas triyodotironina T3 (nombre

recibido por contener en su

estructura tres átomos de yodo) y la

T4 tiroxina (nombre recibido por

contener en su estructura cuatro

átomos de yodo).


171

Regulación de las hormonas tiroídeas

El hipotálamo libera TRH (hormona liberadora de

Tirotropina) la cual estimula a la adenohipófisis a liberar

TSH (hormona estimulante de la tiroides), esta a su vez

estimula a la glándula tiroides para secrete hormonas

tiroídeas metabólicas, T3 y T4.

Patologías de la glándula tiroides

- Hipotiroidismo congénito o cretinismo: Patología provocada por una hiposecreción de las

hormonas tiroídeas durante el desarrollo fetal o la infancia. La enfermedad se caracteriza

básicamente por la falta de crecimiento y retraso mental. La gravedad de esta condición

va a depender de la cantidad de hormona y de yodo recibido durante la infancia. El

tratamiento consiste en la administración de yodo u hormonas tiroídeas en el menor, con

tal de mitigar los efectos de su carencia.

- Mixedema o hipotiroidismo en adulto: Patología provocada por una hiposecreción de las

hormonas tiroídeas durante la adultez. El mixedema posee los síntomas típicos del

hipotiroidismo como: ralentización de la actividad física y mental, apatía, irritabilidad,

sobrepeso, frío, entre otros síntomas. El tratamiento consiste en administrar

medicamentos que emulen la acción de las hormonas tiroídeas (Ej. Levotiroxina o Eutirox).

- Hipertiroidismo: Ocurre cuando tenemos un aumento en la producción de hormonas

tiroídeas debido a una hipersecreción glandular. Algunos síntomas que se presentan son:

excitación, nerviosismo, sudoración, baja de peso, aumento del apetito, entre otros.

Existen distintas causas entre ellas mencionamos: Bocio toxico, tirotoxicosis y enfermedad

de graves. Nota: casi todas las personas que sufren de hipertiroidismo sufren cierto grado

de prominencia en los globos oculares, a esta condición se le denomina exoftalmia.

- Bocio: Corresponde al aumento de tamaño que sufre la glándula tiroides y se puede

observar como un abultamiento en el cuello de personas que la padecen. Puede deberse a

un exceso o escasez de yodo, es decir, se puede presentar en personas con híper o

hipotiroidismo. El yodo es un mineral esencial en la síntesis de hormonas tiroídeas. Si la

dieta de yodo es pobre, entonces la tiroides aumenta su tamaño para compensar su

incapacidad de satisfacer las demandas corporales de hormonas tiroídeas.

Figura 14.17. Regulación de las hormonas tiroídeas, mediante

feedback negativo.


172

14.9. Glándula Paratiroides

Las glándulas paratiroides generalmente

son cuatro pequeñas glándulas ubicadas en la

parte posterior de la glándula tiroides. Estas

glándulas secretan la hormona paratiroidea

(PTH), la cual ayuda a regular los niveles

sanguíneos de calcio. Esta hormona es

hipercalcemiante, es decir, aumenta los niveles de

calcio en sangre, estimulando la liberación de

calcio desde los huesos.

¿Qué hace la paratohormona en el organismo?

- Aumenta la reabsorción renal de calcio.

- Aumenta la conversión de vitamina D a su forma activa en los riñones.

- Aumenta los niveles de calcio en sangre y disminuye los de fosfato.

- Aumenta la absorción digestiva de calcio.

La calcitonina es la hormona secretada por la glándula tiroides y trabaja antagónicamente

respecto a la PTH, es decir, se encarga de disminuir los niveles de calcio en sangre, estimulando la

captación de calcio desde la sangre al hueso.

Patologías de la glándula paratiroides

- Hiperparatiroidismo: Corresponde a una hiperfunción de la glándula paratiroides, en

donde se libera una cantidad excesiva de PTH. Esta enfermedad tiene dos presentaciones,

una asintomática y la otra sintomática. Dentro de la sintomática tenemos síntomas como:

dolor óseo, fractura ósea, cálculos renales, estreñimiento, nauseas, úlceras, astenia,

patologías cardíacas, entre otros.

- Hipoparatiroidismo: Corresponde a una hipofunción de la glándula paratiroides, en donde

se libera una cantidad reducida de PTH. Se caracteriza por una baja concentración de

Figura 14.18. Glándulas paratiroideas.

Figura 14.19. La calcitonina y la

paratohormona son dos hormonas

cuya acción es de tipo antagónica

y que en conjunto se encargan de

regular la homeostasis del calcio.


173

calcio en sangre y cuando los niveles descienden demasiado, el cuerpo comienza a sufrir

espasmos tetánicos, condición conocida como Tetania.

14.10. Glándulas Suprarrenales

Son dos pequeñas glándulas situadas en los polos

superiores de los riñones (derecho e izquierdo) cada

glándula posee una zona central denominada médula y una

zona periférica denominada corteza. La médula suprarrenal

se relaciona directamente con el sistema nervioso simpático

y es la encargada de liberar hormonas como la adrenalina y

noradrenalina. La corteza secreta hormonas llamadas

corticoesterorides, estos se subdividen en:

mineralocorticoides, glucocorticoides y andrógenos.

Médula suprarrenal

Zona neuroendocrina de la glándula suprarrenal, se encuentra conectada con el sistema

nervioso simpático. Secreta dos hormonas, la adrenalina y noradrenalina, en su mayoría

adrenalina. Normalmente la médula suprarrenal libera pequeñas cantidades de adrenalina y

noradrenalina, pero cuando presenciamos eventos de estrés, el sistema nervioso envía la señal a

la médula mediante un nervio simpático. Este nervio libera en la médula acetilcolina la cual

provoca la liberación de estas catecolaminas: Adrenalina y noradrenalina.

Durante una situación de alarma estas catecolaminas poseen un efecto similar al del

sistema nervioso simpático: vasoconstricción en piel y riñones, dilatación de vasos sanguíneos en

músculos y encéfalo, aumento del gasto cardiaco, hiperglicemia, midriasis, entre otros.

Corteza suprarrenal

Los corticoesterorides mencionados anteriormente son hormonas esteroidales

sintetizadas a partir del colesterol. Son 3 los grupos de hormonas que ejercen una acción

importante a nivel general: Glucocorticoides, mineralocorticoides y andrógenos (hormonas

sexuales). Estos andrógenos producidos en la corteza se sintetizan en ambos sexos. En

determinados tejidos, los precursores de andrógenos son convertidos en testosterona y

estrógenos.

La corteza suprarrenal se subdivide a su vez en: Zona glomerular (secreta aldosterona),

zona fasciculada y zona reticular (ambas secretan cortisol y andrógenos).

Figura 14.20. Glándulas suprarrenales.


174

De los glucocorticoides, el más importante es el cortisol (responsable del 95% de la actividad

de todos los glucocorticoides existentes). El cortisol lleva ese nombre debido a la acción

importante que ejerce sobre los carbohidratos, pero también es importante recalcar que regula el

metabolismo de proteínas y lípidos. Dentro de sus funciones se destaca:

- Estimula la gluconeogénesis.

- Aumenta la glicemia (hiperglicemia).

- Aumento de la proteólisis y disminuye la síntesis proteica.

- Aumenta la lipólisis (quema la grasa).

- En concentraciones altas actúa como antinflamatorio.

- En exceso actúa como inmunosupresor.

La ACTH (hormona adrenocorticotrofa) estimula la secreción de cortisol, a diferencia de la

secreción de aldosterona controlada por los cambios en los niveles de potasio y angiotensina en

sangre. Una vez que el cortisol ha cumplido con su función, este mismo inhibe al hipotálamo y

luego a la hipófisis mediante feedback negativo.

Los mineralocorticoides llevan ese nombre porque participan en la homeostasis de los

minerales (sodio y potasio). El mineralocorticoide más importante de la corteza suprarrenal es la

aldosterona. Esta hormona actúa sobre los túbulos colectores de las nefronas del riñón para

aumentar la reabsorción del Na+ y al mismo tiempo aumentando la excreción de K+ y H+ por la

orina. La excreción de H+ en el organismo evita la acidosis (condición en que el pH sanguino es

inferior a 7.35). La aldosterona actúa también en conjunto al sistema renina-angiotensina-

aldosterona (RAA).

Sistema Renina Angiotensina Aldosterona.

El Sistema RAA se puede activar por diversos factores como por ejemplo: cuando hay una

disminución en al volemia o disminución de la presión arterial. Las células yuxtaglomerulares del

nefrón son capaces de censar los bajos niveles de presión arterial y en respuesta a ello liberan una

Figura 14.21. Subdivisiones de la corteza adrenal.


175

enzima llamada renina. La renina transforma el angiotensinógeno (formado en el hígado) en

angiotensina-I. Cuando la sangre fluye a través de los pulmones la enzima convertidora de

angiotensina (ECA) transforma la angiotensina-I en angiotensina-II (su forma más activa). La

angiotensina-II es una hormona que provoca vasoconstricción, estimula el centro de la sed y

estimula la secreción se aldosterona. En los riñones la aldosterona aumenta la reabsorción de

sodio, que se acompaña con la reabsorción de agua. Esto da lugar a un aumento del LEC (líquido

extra celular) y a la recuperación de los valores normales de presión arterial.

Un segundo mecanismo de control de la secreción de aldosterona es un aumento en la

concentración de potasio en sangre.

Patologías de la glándula adrenal

Enfermedad de Addison: Enfermedad provocada por una disminución en los niveles de

hormonas corticales (Cortisol y Aldosterona) de la glándula suprarrenal. Esta patología

tiene múltiples orígenes, como: atrofia primaria de la glándula adrenal, autoinmunidad

dirigida a la glándula, destrucción por tuberculosis renal o un tumor maligno. Ahora

mostraremos las consecuencias que nos traería una depleción de cortisol y aldosterona.

Depleción de cortisol

- No se puede mantener un nivel normal de la glicemia entre las comidas.

- Pobre metabolismo de los carbohidratos, lípidos y proteínas.

- Pigmentación melánica.

- Depleción de aldosterona

- Reducción de la absorción de sodio.

- Pérdida masiva de agua y minerales (sodio y cloruro) por orina.

- Disminuye el LEC.

Figura 14.22. Sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAA)


176

- Aparece Hiponatremia (baja concentración de sodio en sangre).

- Aparece hiperpotasemia (alta concentración de potasio en sangre).

- Se produce policitemia y el gasto cardiaco disminuye.

Enfermedad de Cushing: Enfermedad provocada por una hipersecreción de la corteza

suprarrenal, que induce a una serie de efectos hormonales conocidas como síndrome de

Cushing. La causa más común de este síndrome es el aumento en la concentración de

ACTH y Cortisol. El síndrome de Cushing puede ser provocado exógenamente mediante la

administración de medicamentos corticoides por periodos prolongados. Un rasgo

característico del síndrome es la acumulación de grasa en la parte superior del cuerpo y en

regiones torácica y superior del abdomen. La secreción de excesiva de esteroides también

induce a un edema facial y casi el 80% de los enfermos sufre hipertensión arterial.

14.10.5. Páncreas endocrino

El páncreas es un órgano Anficrino, es

decir, posee actividad endocrina y exocrina al

mismo tiempo. La porción exocrina del páncreas

la ejercen un grupo de células llamadas acinos

pancreáticos, cuya función es secretar enzimas

digestivas hacia el duodeno. La porción

endocrina del páncreas la ejercen otro grupo de

células las cuales conforman a los denominados

islotes de Langerhans. El páncreas posee entre 1

a 2 millones de islotes de Langerhans. Cada islote

posee 4 tipos distintos de células y estas son:

células alfa, células beta, células delta y células

PP.

Células alfa, beta, delta y PP

- Células alfa: Estas corresponden al 25% de las células del islote y son las encargadas de

secretar glucagón.

- Células beta: Estas corresponden al 60% de las células del islote y son las encargadas de

secretar insulina.

- Células delta: Estas corresponden al 10% de las células del islote y son las encargadas de

secretar somatostatina.

- Células PP: Estas corresponden al 5% de las células del islote y son las encargadas de

secretar polipéptido pancreático.

Figura 14.23. Páncreas.


177

Hormonas pancreáticas y sus efectos

Insulina: Esta es una hormona peptídica de 51 aminoácidos, con un peso de 5.808 Dalton. Es

sintetizada en las células beta del páncreas y posee una vida media de 6 minutos, desapareciendo

completamente entre los 10 a 15 min. Esta es una hormona anabólica y su función principal es

estimular la incorporación de glucosa al interior de las células, es decir, tiene un efecto

hipoglicemiante. La insulina además, posee efectos reguladores en el metabolismo de las grasas y

las proteínas. Estos efectos y más se resumen a continuación:

- Estimula la entrada de glucosa a la célula (esto lo hace mediante la estimulación de los

receptores de insulina ubicados en la membrana de las células del organismo. Esta

estimulación genera una señal la cual envía vesículas que en cuyo interior portan los

transportadores de glucosa, los cuales se van a ubicar en la membrana plasmática

para luego ingresar la glucosa plasmática al interior de la célula.

- Estimula el almacenamiento de glucógeno en el hígado.

- Inhibe la gluconeogénesis hepática.

- Convierte el exceso de glucosa (carbohidrato) en ácidos grasos (lípidos).

- Inhibe la Lipólisis y estimula la Lipogénesis.

- Facilita la síntesis y el depósito de proteínas (al igual que la GH).

Factores y estados que aumentan o reducen la secreción de insulina.

Aumento de la secreción de insulina Disminución de la secreción de insulina

Aumento de la glicemia Disminución de la glicemia

Aumento de los ácidos grasos en sangre Ayuno

Aumento de los aminoácidos en sangre Somatostatina

Hormonas gastrointestinales (gastrina, CCK) Catecolaminas

Glucagón, GH, cortisol

Estimulación parasimpática

Obesidad

Figura 14.24. Islote de Langerhans. Este grupo

de células son las encargadas de liberar

hormonas pancreáticas al torrente sanguíneo.

Tabla 14.6. Estimulantes o inhibidores de la secreción insulínica.


178

Glucagón: Es una hormona peptídica de 29 aminoácidos, con un peso molecular de 3.485

Dalton. Es sintetizada por las células alfa del páncreas y posee una vida media de 5 a 10 minutos.

Esta hormona es antagónica a la acción de la insulina y su función principal es estimular la

glucogenólisis en el hígado para aumentar los niveles de azúcar en sangre, es decir, es una

hormona hiperglicemiante. El glucagón, además de llevar a cabo la glucogenólisis, aumenta la

gluconeogénesis en el hígado. Dentro de los factores que estimulan la síntesis de glucagón

encontramos: la hiperglicemia, el ejercicio, el aumento de aminoácidos en sangre, entre otros.

Somatostatina: Es una pequeña hormona de 14 aminoácidos, con una semivida de tan solo 3

minutos. Dentro de los factores que estimulan la secreción de esta hormona encontramos:

aumento de la glicemia, incremento de aminoácidos, elevación de los ácidos grasos y aumento en

la concentración de algunas hormonas intestinales. La función principal de la somatostatina es de

tipo inhibitoria, dentro de estas labores encontramos:

- Reduce la secreción de insulina y glucagón.

- Reduce la motilidad intestinal.

- Disminuye la secreción y la absorción en el tubo digestivo.

14.11. Fisiopatología de la Diabetes mellitus.

Diabetes mellitus es una palabra compuesta, y significa (a través de la miel). Esta patología se

caracteriza porque la persona padece de hiperglicemia crónica. Esta hiperglicemia en la diabetes

se debe principalmente a tres motivos: falla en la secreción de insulina, falla en el receptor de

insulina o ambas. La hiperglicemia sostenida y las alteraciones metabólicas pueden traer

consecuencias graves a mediano y largo plazo como por ejemplo, retinopatías, neuropatías,

nefropatías, entre otros. El cuadro clínico de la diabetes se caracteriza por tres síntomas clásicos,

1) poliuria, 2) polidipsia y 3) polifagia.

El aumento de la glicemia provoca una pérdida de glucosa por la orina, todo esto originado

porque los receptores tubulares del nefrón se ven saturados de glucosa y ya no pueden devolverla

a la sangre. Esto genera grandes pérdidas de glucosa en orina, condición denominada glucosuria.

La hiperglicemia también provoca deshidratación, lo cual me generará mucha sed, condición

conocida como polifagia y diuresis osmótica donde se perderán líquidos de forma excesiva en

orina.

¿Cómo se diagnostica la diabetes?

Para responder esta pregunta lo primero que tienes que manejar son los valores normales de

glicemia en ayuno, los cuales están entre los 70 y 120 mg/dL. El diagnóstico de diabetes tipo 2 se

realiza en cualquiera de las siguientes situaciones:


179

Síntomas clásicos de diabetes (polidipsia, poliuria, polifagia y baja de peso) y una glicemia

en cualquier momento del día mayor o igual a 200 mg/dL, sin relación con el tiempo

transcurrido desde la última comida.

Glicemia en ayunas mayor o igual a 126 mg/dL. Debe confirmarse con una segunda

glicemia ≥126 mg/dL, en un día diferente. (Ayuno se define como un período sin ingesta

calórica de por lo menos ocho horas).

Glicemia mayor o igual a 200 mg/dL dos horas después de una carga de 75 g de glucosa

durante una PTGO (Prueba de Tolerancia a la Glucosa Oral).

Nota: En aquellos casos en que el médico sospeche una diabetes de etiología autoinmune

(diabetes tipo 1 lenta o LADA), debe referirlo al especialista para el diagnóstico diferencial. El

especialista decidirá si el caso amerita estudio de auto anticuerpos relacionados con diabetes tipo

1 (anti islote (ICA), anti GAD, anti-insulina).

Diagnóstico de pre-diabetes

La importancia del estado de pre-diabetes radica en que es un factor de alto riesgo de

diabetes tipo 2, de enfermedad coronaria, y de mayor mortalidad cardiovascular. La conversión de

la prediabetes a diabetes tipo 2 es de alrededor de 10% anual.

Se considera pre-diabetes a la glicemia alterada en ayunas o a la intolerancia a la glucosa.

Glicemia alterada en ayunas (GAA)

- Glicemia en ayunas ≥100mg/dL y <126mg/dL, en 2 días diferentes.

Intolerancia a la glucosa (IGO)

- Glicemia en ayunas ≥100 mg/dL y glicemia a las 2 horas post carga entre 140-199 mg/dL.

Ahora vamos a revisar las principales diferencias que existen entre la diabetes mellitus tipo

1 y 2 (DM-I y DM-II).

Tipos de Diabetes (Diabetes mellitus tipo I y II)

Diabetes mellitus tipo 1: Este tipo de diabetes es de carácter autoinmunitario, es decir, el

propio organismo fabrica anticuerpos, los cuales atacan y destruyen a las células beta del

páncreas (las que sintetizan insulina). Esta diabetes comienza con frecuencia en la

infancia, se manifiesta preferentemente en la pubertad y avanza con la edad.

Antiguamente se le consideraba como “diabetes juvenil”, pero hoy sabemos que ese

término ha quedado obsoleto porque la DM-I puede atacar a cualquier edad.

Predisposición genética.

Existe una fuerte predisposición genética a padecer esta enfermedad. Estudios recientes

del genoma completo han identificado múltiples locus (lugares cromosómicos) que predisponen a

padecer esta enfermedad, sobretodo el cromosoma 21, el cual se lleva el 50% de las predicciones

genéticas de DM-I.


180

Tratamiento

La mayor parte de los pacientes con DM-I requieren de tratamiento insulina (inyectable)

para poder sobrevivir ya que no son capaces de generar esa vital hormona de forma autónoma.

Diabetes mellitus tipo 2: Es el tipo de diabetes más común en el mundo entero,

corresponde al 80 – 90% de los casos totales de diabetes. Es una enfermedad

multifactorial donde están involucrados el sedentarismo, obesidad, hábitos dietéticos y

factores genéticos. También se le denomina a esta enfermedad como “diabetes insulino-

resistente”, donde los receptores de insulina ubicados en músculo, tejido adiposo e hígado

no responden a la acción de la insulina, es decir, se genera resistencia.

Predisposición genética

Aquí también están implicados los genes en la predisposición, con una concordancia del 30 al 60%.

Además, el riesgo de padecer DM-II de un descendiente que padecía la enfermedad es más del

doble. En este tipo de diabetes el cromosoma involucrado es el 10.

Tratamiento

Es recomendable tratar este tipo de diabetes con dieta y ejercicios, sumados al tratamiento

farmacológico (sulfonilureas o metformina). En casos de DM-II avanzadas, se procede a utilizar las

inyecciones de insulina.

Otros tipos de diabetes…

Diabetes gestacional (DG): Se refiere a cualquier grado de intolerancia a la glucosa que se

manifiesta o se detecta durante el embarazo.

•Glicemia en ayunas entre 100 y 125 mg/dL en 2 días diferentes y/o •Glicemia a las 2 horas post carga mayor o igual a 140 mg/dL en el 2do o 3er trimestre del embarazo Corresponde a una categoría clínica definida en la clasificación de la diabetes.

Diabetes insípida (DI): La enfermedad se presenta cuando el cuerpo tiene muy poca

cantidad de una hormona llamada vasopresina (ADH). Esta hormona limita la cantidad de

orina que el cuerpo produce. Normalmente, el hipotálamo en el cerebro la produce y la

hipófisis la almacena. Sin vasopresina, los riñones no funcionan adecuadamente para

conservar la suficiente agua en el cuerpo y el resultado es una pérdida rápida en forma de

orina diluida. Una persona con diabetes insípida necesita beber grandes cantidades de

agua, impulsada por una sed extrema, para compensar la pérdida excesiva de ésta.

Los niveles reducidos de vasopresina asociados con diabetes insípida central pueden ser

causados por un daño en el hipotálamo o la hipófisis. Este daño puede estar relacionado con

cirugía, infección, inflamación, tumor o traumatismo craneal.


181

Algunas veces, la causa sigue siendo desconocida. En muy raras ocasiones, la diabetes

insípida puede ser provocada por un defecto genético.

Tabla resumen de Hormonas Endocrinas

Glándula de origen

Hormona Clasificación química

Principales acciones

Hipotálamo

Hormona liberadora de tirotropina (TRH)

Péptido Estimula la secreción de TSH y prolactina.

Hormona liberadora de corticotropina (CRH)

Péptido Estimula la secreción de ACTH.

Hormona liberadora de Gonadotropinas (GnRH)

Péptido Estimula la secreción de FSH y LH.

Somatostatina u hormona inhibidora de la liberación de somatotropina (SRIF)

Péptido Inhibe la secreción de hormona de crecimiento.

Dopamina o factor inhibidor de prolactina

(PIF) Amina

Inhibe la secreción de prolactina.

Hormona liberadora de hormona de crecimiento

(GHRH) Péptido

Estimula la secreción de hormona de crecimiento.

Lóbulo anterior de la

Hipófisis o adenohipófisi

s

Hormona estimuladora de tiroides (TSH)

Péptido Estimula la síntesis y secreción de hormonas tiroideas.

Hormona estimuladora del folículo (FSH)

Péptido

Maduración de espermatozoides en las células de Sertoli de los testículos. Desarrollo folicular y síntesis de estrógenos en ovarios.

Hormona luteinizante (LH) Péptido Estimula la síntesis de testosterona en las

Figura 14.25. Respuesta normal (izquierda) y anormal (derecha) de la ADH.


182

células de Leydig de los testículos. Estimula la ovulación, formación del cuerpo lúteo, síntesis de estrógenos y progesterona en ovarios.

Hormona de crecimiento (GH) o somatotropina

(STH) Péptido

Estimula la síntesis de proteínas, el crecimiento de huesos y extremidades y cráneo aumentando el volumen celular y mitosis; crecimiento total.

Prolactina o luteotrópica o lactógena (LTH)

Péptido Estimula la producción y secreción de leche de las mamas.

Hormona adrenocorticotrópica

(ACTH) Péptido

Estimula la síntesis de hormonas corticosuprarrenales (cortisol, andrógenos y aldosterona).

Lóbulo intermedio

Hormona estimuladora de melanocitos (MSH)

Péptido Estimula la síntesis de melanina.

Lóbulo posterior de la Hipófisis o Neurohipófisi

s

Oxitocina Péptido Estimula la secreción de leche de las mamas y las contracciones uterinas.

Vasopresina u hormona antidiurética (ADH)

Péptido

Estimula la resorción de agua en las células principales de los conductos colectores y constricción de arteriolas.

Tiroides

Triyodotironina (T3) y L – tiroxina (T4)

Amina

Crecimiento de esqueleto; consumo de oxigeno; producción de calor; aprovechamiento de proteínas, grasa y carbohidratos; maduración perinatal des sistema nervioso central.

Calcitonina Péptido Disminuye la [Ca2+] del suero.

Paratiroides Hormona paratiroídea

(PTH) Péptido

Incrementa la [Ca2+] del suero.

Corteza suprarrenal

Cortisol (glucocorticoides) Esteroide

Gluconeogénesis (ruptura de proteínas para síntesis de glucógeno); antiinflamatoria; inmunosupresión; capacidad de reacción vascular a catecolaminas.

Aldosterona

(mineralocorticoides) Esteroide

Incremento de la resorción renal de Na+, secreción de K+ y secreción de H+.

Dehidroespiandrosterona (DHEA) y androstenediona

(andrógenos suprarrenales)

Esteroide

Véase acciones de testosterona de los testículos.

Testículos Testosterona

Esteroide

Espermatogénesis; características sexuales masculinas secundarias.

Ovarios Estradiol (estrógenos) Esteroide

Crecimiento y desarrollo del sistema reproductivo femenino; fase folicular del ciclo menstrual; desarrollo de las mamas; mantenimiento del embarazo; secreción de prolactina.

Progesterona Esteroide Fase lútea del ciclo menstrual; mantenimiento del embarazo.


183

Cuerpo amarillo

Estradiol y progesterona Esteroide Véase las acciones del estradiol de los ovarios (véase más adelante).

Placenta

Gonadotropina coriónica humana (HCG)

Péptido Estimula la síntesis de estrógenos y progesterona en el cuerpo amarillo (lúteo) durante el inicio del embarazo.

Lactógeno placentario humano (HPL) o

somatomamotropina coriónica humana

Péptido

Acciones similares a la hormona del crecimiento y prolactina durante el embarazo.

Estradiol Esteroide Véase acciones del estradiol de los ovarios (véase más adelante).

Progesterona Esteroide Véase acciones de progesterona de los ovarios (véase más adelante).

Páncreas Insulina (células β) Péptido Disminución de la [glucosa] en sangre.

Glucagón (células α) Péptido Aumento de la [glucosa] en sangre.

Riñón Renina Péptido

Canaliza la conversión de angiotensinógeno en angiotensina I, que contrae los vasos sanguíneos, aumentando la presión sanguínea.

Eritropoyetina Estimula la formación de hematíes.

Médula suprarrenal

Adrenalina y noradrenalina o epinefrina

Amina

Refuerza y amplifica la actividad del sistema nervioso autónomo en su rama simpática Aumenta la velocidad y fuerza de contracción cardíaca.

Estómago Gastrina Péptido Estimula la secreción del jugo gástrico rico en ácido clorhídrico (HCl).

Intestino delgado

Secretina Péptido

Estimula la secreción de jugo pancreático rico en bicarbonato. Estimula la secreción de la bilis (poco efecto). Aumenta contractibilidad del píloro (inhibición del vaciamiento gástrico).

Colecistoquinina o pancreozimina (CCK)

Péptido

Estimula la secreción de la vesícula biliar. Aumento de la acción de la secretina. Inhibición del vaciamiento gástrico. Aumenta secreción de jugo pancreático con enzimas.

Pineal o epífisis

Melatonina Péptido

Regulación de los ciclos sexuales, por la luz. Inhibe la función ovárica. Mantiene el equilibrio de las otras hormonas. Aumenta su concentración en la obscuridad.

Tabla 14.7. Resumen de las hormonas más importantes.


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Preguntas PSU

Me debería importar: Algunos atletas profesionales y amateur toman esteroides anabólicos para aumentar la masa muscular o la fuerza. Los riesgos de salud de esta práctica están extensamente documentados. Aparte de las consideraciones de salud, ¿qué piensa usted respecto del uso de compuestos químicos para aumentar el rendimiento atlético? ¿Piensa usted que un atleta que toma esteroides anabólicos está engañando, o el uso de estos compuestos químicos es solo parte de la preparación requerida para alcanzar éxito en una competencia deportiva? Explica tu respuesta.

1. Seleccione las alternativa(s) que es(son) correcta(s) respecto al concepto de hormona:

I) Molécula orgánica, secretada en cantidades pequeñas en el organismo.

II) Actúa en forma muy rápida. III) Viaja por sangre y se une a la célula

diana cualquiera.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo I y III.

2. ¿Qué glándula es anficrina? A) Hipotálamo. B) Hipófisis. C) Paratiroides. D) Corazón. E) Páncreas.

3. Ante una hipoglicemia actuara la

hormona: A) Insulina. B) Glucagón. C) Somatostatina. D) PTH. E) PRL.

4. ¿Cuál de estas hormonas es

antagónica a la PTH? A) ACTH. B) GH. C) Calcitonina. D) MSH. E) Aldosterona.

5. Un examen de laboratorio entrega los siguientes resultados para una persona adulta:

De acuerdo a lo anterior, esta persona también debería presentar un déficit en la concentración sanguínea de:

A) Cortisol.

B) Insulina.

C) Glucagón.

D) Adrenalina.

E) Tiroxina.

6. ¿Cuál de las siguientes asociaciones hormona-

órgano productor es INCORRECTA?

I) Vasopresina – Suprarrenales.

II) Estrógeno – Adenohipófisis.

III) Glucagón – Hígado.

IV) Insulina – Páncreas.

A) Sólo I.

B) Sólo I y II.

C) Sólo I, II y III.

D) Sólo I, III y IV.

E) I, II, III y IV.

1. Glicemia superior a 200 mg/dL.

2. Plasma con exceso de aminoácidos.

3. Orina con altos niveles de productos

nitrogenados.

4. Aumento de la diuresis y deshidratación.

5. Aumento de la producción de cuerpos

cetónicos.

6. Pérdida de masa corporal.


185


186

Capítulo 15: Hormonas y sexualidad humana. Objetivos:

- Conocer las diferencias entre la reproducción asexual y sexual. - Entender y relacionar el concepto de sexualidad. - Conocer los aparatos reproductores masculinos y femeninos. - Comprender los procesos hormonales que rigen los caracteres sexuales primarios y

secundarios. - Conocer el ciclo ovárico y el ciclo menstrual.

Introducción

A lo largo de los capítulos anteriores, se ha apreciado que los seres vivos tienen diversas propiedades emergentes. En los capítulos de mitosis, meiosis y gametogénesis se hizo énfasis una de las propiedades más destacables de los seres vivos: la reproducción.

Este capítulo abarcará en mayor profundidad la reproducción en los distintos seres vivos, estableciendo la comparación en la reproducción asexual y en la reproducción sexual, poniendo mayor énfasis en esta última y específicamente en el caso de la especie humana. Así como también se verá el concepto de sexualidad y los distintos procesos biológicos que ocurren en nuestra especie para garantizar la creación de nuestra descendencia.

15.1. Reproducción

La reproducción es una de las propiedades emergentes más importantes de los seres vivos, ya que permite la generación de descendientes de los distintos organismos que pueblan nuestro planeta. Esto permite, en simples palabras, la perpetuación de las especies a lo largo del tiempo. En términos bioquímicos, la reproducción consiste en traspasar el material genético (ADN) de un(os) organismo(s) progenitor/es a uno o más descendientes.

En cada especie el proceso de reproducción es distinto. Sin embargo, todos los distintos tipos de reproducción que existen se han podido juntar en dos grupos muy grandes, la reproducción asexual y la reproducción sexual.

Reproducción asexual

Este tipo de reproducción ocurre en todos los organismos unicelulares y en una gran variedad de pluricelulares. Los descendientes son generados por un sólo progenitor, y poseen el mismo material genético que su antecesor, es decir, genera clones ya que no hay mecanismos de variabilidad genética. Esta reproducción está compuesta por diversos tipos que ocurren en diversas especies, los cuales son:

a) Fisión binaria o bipartición: Es un tipo de reproducción asexual que ocurre en organismos unicelulares, ya sean procariontes o eucariontes. En la bipartición, el organismo progenitor duplica su material genético para luego generar dos células en donde se repartirá el material genético, generando dos células genéticamente idénticas a su progenitora. b) Gemación o yemación: El organismo progenitor duplica su material genético y genera una pequeña parte de su cuerpo llamada brote o yema, la cual lleva el ADN recién sintetizado. La yema puede ser expulsada del organismo, o puede quedarse en él. En cualquier caso, generará un nuevo organismo. Las levaduras, hidras y corales se reproducen por gemación.


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c) Fragmentación: En este caso el individuo se divide en dos o más fragmentos, donde queda uno de ellos desarrollará un individuo nuevo. La fragmentación es empleada por las estrellas de mar, gusanos, entre otros. d) Esporulación: Se producen sucesivas divisiones nucleares, las cuales son envueltas en porciones del citoplasma. Al producirse la lisis celular, cada uno de estos núcleos envueltos, que son llamados esporas, son esparcidos por el ambiente para que se desarrollen, formando nuevos organismos. Este método es utilizado principalmente por los hongos. e) Apomixis: Es la reproducción asexual que ocurre en las plantas. Básicamente producen semillas sin fecundación, es decir, las semillas son genotípicamente iguales a las plantas progenitoras. f) Partenogénesis: Es un tipo muy especial de reproducción asexual, ya que ocurre en organismos que se reproducen sexualmente. En este caso, las hembras producen su gameto femenino, pero se estimulan de tal manera que no necesitan la fecundación para originar al nuevo organismo. El descendiente será un clon de la hembra progenitora. Se presenta en insectos, anfibios, reptiles y algunas aves. En la especie humana no ha habido casos documentados.

Figura 15.1. Bipartición

Figura 15.2. Gemación

Figura 15.4. Fragmentación

Figura 15.3. Esporulación


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Beneficios y riesgos de la reproducción asexual Este tipo de reproducción permite una producción de descendientes de forma rápida y

eficiente. Además es ventajosa para organismos inmóviles, ya que no deben encontrar a otro progenitor para generar descendencia. También permite la perpetuación del genotipo de la especie, ya que esta reproducción a gran velocidad, permite diseminar organismos en una gran área, permitiendo que puedan explotar a mayor escala los recursos disponibles.

Sin embargo, uno de los riesgos más notables de esta reproducción, es que no existe ningún mecanismo que genere variabilidad genética. Lo que produce que todos los organismos de la misma especie tengan el mismo genotipo, es decir, las mismas capacidades de sobrevivencia. Si las condiciones ambientales cambian radicalmente, esto puede desencadenar la completa extinción de la especie en cuestión. Reproducción sexual

Esta reproducción es efectuada por plantas, insectos, peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Consiste en la generación de descendencia mediante la fecundación, que es la unión de gametos. Ambas células son haploides y cuando se fusionan, forman la primera célula del nuevo organismo que reestablece la diploidía. Los gametos son aportados por dos organismos; uno materno y el otro paterno, excepto en los organismos hermafroditas y el caso de la partenogénesis.

A diferencia de la reproducción asexual, en este proceso hay mecanismos que generan variabilidad genética (crossing-over, permutación cromosómica y fecundación) lo que permite que los descendientes sean genotípicamente diferentes a sus progenitores, siendo una ventaja nivel evolutivo.

El proceso de fecundación es muy importante para concretar con éxito la reproducción sexual, ya que ahí se genera el cigoto, que es la primera célula del nuevo organismo. Este procedimiento de unión de los gametos puede realizarse de dos formas:

Fecundación externa: La unión de los gametos ocurre en el exterior del cuerpo materno. Es común en peces y anfibios.

Fecundación interna: Por lo general el macho deposita los espermatozoides dentro del cuerpo de la hembra, por lo que la fecundación ocurre dentro de ella. Este tipo de fecundación es más utilizado ya que otorga protección al organismo ya formado, de las condiciones ambientales. Para que se produzca esta fecundación, debe ocurrir el acto sexual o cópula, que consiste en el encuentro entre los órganos sexuales masculino y femenino, conocidos como órganos copuladores.

Desafío: Una colonia de bacterias fue generada por el mismo progenitor. Sin

embargo al tiempo después, muchas difieren en la composición de su pared celular

y su membrana plasmática. Entonces ¿estas bacterias son realmente clones?

Justifica tu respuesta


189

Tabla 15.1. Comparación entre ambos tipos de reproducción

15.2. Sexualidad humana El proceso de reproducción sexual en los seres

humanos no se limita exclusivamente a la cópula y posterior liberación de gametos para la fecundación. Si no que es transversal a una gran variedad de procesos y fenómenos. El conjunto de todos estos procesos en los cuales la reproducción sexual no es más que una parte, se denomina sexualidad.

La sexualidad incluye dimensiones biológicas (el sexo de las personas, sus cuerpos y sus funciones, el acto sexual, el embarazo, el parto, el control de la natalidad, etc.) y sociales (el género de las personas, su orientación sexual, la apreciación que tienen de sí mismas, el amor, las relaciones que establecen con otros individuos, etc.).

Como se mencionó, la sexualidad en términos biológicos incluye el sexo de cada persona. Es decir si es hombre o mujer. Esta clasificación se debe a los heterocromosomas o cromosomas sexuales que tenga el organismo (XX si es mujer, XY si es hombre) y se pueden diferenciar por medio de características específicas entre individuos de ambos sexos. Estas, se llaman caracteres sexuales primarios y secundarios.

Caracteres sexuales primarios

Corresponde a la presencia de los órganos sexuales: ovarios y testículos. Estos son los

encargados de producir sus respectivos gametos. Estos caracteres surgen en la etapa de gestación, por lo que permiten establecer la condición sexual del nuevo organismo.

Si bien los órganos sexuales aparecen en los primeros meses de la gestación del ser humano, no es hasta en la pubertad cuando estos órganos se desarrollan completamente y comienzan a producir sus gametos, es decir, son fértiles mediante la acción de diversas hormonas.

Para que se produzca la fecundación, los órganos sexuales deben estar inmersos en un complejo sistema, denominado sistema reproductor masculino y femenino. Estos sistemas permiten la correcta producción de los gametos y su posterior movilización. Todo esto se encuentra regulado por la acción de las gonadotrofinas y las hormonas sexuales.

Reproducción asexual Reproducción sexual

Un progenitor Dos progenitores (o un progenitor hermafrodita)

No hay variabilidad genética Sí hay variabilidad genética Organismos clones Organismos distintos No hay fecundación Hay fecundación Sin gametos Con gametos


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Sistema reproductor masculino

Estructura Función

Testículo

Corresponde a la gónada masculina. Se encuentran de a pares. Su función es la de producir espermatozoides (gametos) y testosterona (hormona sexual).

Epidídimo

Sistema de pequeños conductos que se encuentra sobre los testículos. Se encarga del almacenamiento y la maduración de los espermatozoides recién creados.

Conducto deferente

Es un conducto que posee cada testículo, por el cual se movilizan los espermatozoides desde las gónadas hasta la cavidad abdominal.

Vesícula seminal

Es una glándula que posee cada conducto deferente. Secretan la mayor parte del líquido seminal, el cual permite la movilización de los espermatozoides y es rico en fructosa.

Glándula que secreta el líquido prostático. Este permite la

Figura15.6. Testículo

Figura 15.5. Sistema reproductor masculino


191

Próstata nutrición y la movilización de los espermios. También alcaliniza el líquido seminal.

Glándula Bulbouretral

Llamada glándula de Cowper, secreta moléculas lipídicas que ayudan a la formación de semen y permiten la neutralización del ambiente ácido de la vagina. Forma el moco lubricante.

Uretra

Es un largo conducto que mide entre 15 y 20 cm en adultos. Nace en la vejiga y finaliza en el meato urinario del pene. Permite el transporte y expulsión de orina y semen

Pene

Órgano copulador masculino. Además expulsa el semen por el meato urinario. Es cilíndrico y presenta un tejido cavernoso y esponjoso

Glande Es la prominencia superior del pene. Es muy sensible, lo que permite la estimulación sexual.

Prepucio Es la piel que reviste el glande del pene. Muchas personas se extraen el prepucio por diversos motivos (circuncisión)

Escroto Piel que aloja y recubre los testículos. Tabla 15.2. Estructuras del sistema reproductor masculino y sus funciones.

La función del sistema reproductor masculino es producir espermatozoides junto con el semen

el cual permite que los gametos recorran el gran trayecto desde los testículos hasta el pene, y que luego continúen en la vagina de la mujer.

El semen corresponde a la combinación de las secreciones glandulares (vesículas seminales, próstata y glándulas de Cowper) junto con los espermatozoides. En cada eyaculación se expulsan 3 a 5 mL de semen, del cual más del 90% corresponde a estas secreciones, mientras que el resto está constituido por 200 a 500 millones de espermatozoides. Si un hombre eyacula menos de 20 millones de espermatozoides se considera estéril. El pH normal del semen oscila entre 7,2 y 7,7.

Ya se mencionó que la función principal de este aparato es la de producir gametos masculinos, por medio de un proceso llamado espermatogénesis (para más información ver el capítulo de gametogénesis). Para que la producción de espermatozoides se lleve a cabo a lo largo de la vida del hombre, es necesaria la acción de diversas hormonas.

15.3. Acción hormonal en el sistema reproductor masculino

La pubertad es la época en dónde ocurren una serie de cambios relacionados con la

sexualidad de los hombres y las mujeres. Para empezar, ya producen sus gametos por lo que son capaces de generar descendencia, y además comienzan a generar una serie de cambios que los va caracterizando aún más hacia un determinado sexo. Esto se debe a que en esta edad se secretan en gran cantidad las llamadas gonadotrofinas, que son hormonas que gatillan todos estos cambios.

En el capítulo de sistema endocrino, se explicó que el hipotálamo secreta una hormona llamada hormona liberadora de gonadotrofinas (GnRH) hacia la sangre. Esta hormona llega hasta la adenohipófisis para estimular la producción de gonadotrofinas: la hormona folículo estimulante (FSH) y la hormona luteinizante (LH), que también es llamada hormona estimulante de las células intersticiales, las cuales son responsables de los cambio mencionados en el párrafo anterior. Por lo que en la pubertad se libera una gran cantidad de GnRH, la cual estimulará a su vez una gran producción de FSH y LH.

Ambas gonadotrofinas llegarán a los testículos y permitirán el desarrollo se diferentes procesos. La FSH estimulará unas células testiculares llamadas células de Sertoli, las cuales


192

brindan soporte nutricional y estructural a las células que participan en la espermatogénesis. Al ser estimulada por la FSH, las células sintetizarán la proteína ligadora de andrógenos (ABP), que transportará la testosterona hasta los túbulos seminíferos estimulando la espermatogénesis. En resumidas cuentas la FSH estimula la síntesis de espermatozoides. En el caso de que se hayan producido muchos espermatozoides, las células de Sertoli liberan una hormona llamada inhibina, que viajará por la sangre hasta la adenohipófisis para inhibir la producción de FSH y así disminuir las gametogénesis en exceso (retroalimentación negativa).

Por otro lado, la LH estimulara a células intersticiales de los testículos, las llamadas células

de Leydig, con el fin de que produzcan y liberen la testosterona. Esta es la hormona sexual masculina, ya que no sólo permite la espermatogénesis, sino que también estimula el desarrollo de los testículos y del aparato reproductor masculino en general en la etapa fetal. Además permite la aparición y mantención de las características físicas de los hombres. Desarrolla con normalidad la actividad sexual, potencia sexual y fertilidad en los hombres. También permite la síntesis de muchas proteínas (anabolismo) que permiten el aumento de la masa muscular y la estimulación de la hematopoyesis (proceso en el cual se sinterizan los glóbulos rojos).

Una concentración elevada de testosterona en el organismo, disminuye, mediante los mecanismos de la retroalimentación negativa, la producción de GnRH y por lo tanto, la síntesis de FSH y LH.

Figura 15.7. Eje hipotálamo – adenohipófisis – testículos.


193

Sistema reproductor femenino Figura 15.8. Sistema reproductor femenino externo

Figura 15.9. Sistema reproductor femenino externo e interno

Estructura Función

Vulva

Es el conjunto de los órganos genitales externos de la mujer, los cuales son: -Labios mayores: pliegues de piel que protegen estructuras internas. -Labios menores: pliegues de piel menores, que contienen glándulas sebáceas. -Clítoris: Masa cilíndrica de tejido nervioso que es eréctil. Permite la estimulación sexual. -Himen: Es un repliegue membranoso que reduce el orificio externo de la vagina. Es desgarrado en la primera relación sexual de la mujer. -Meato urinario: Extremo final de la uretra por donde sale la orina.

Es el órgano de cópula femenino. Es un conducto que comunica el

Curiosicosas! Los hombres producen una cantidad pequeña de estrógenos (hormona sexual

femenina), en las células de Sertoli. Esta hormona es producida a partir de la testosterona y

se presume que es de gran importancia para la espermatogénesis. Los varones sintetizan la

quinta parte del estrógeno que posee la mujer mientras no está embarazada.


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Vagina útero con el exterior. Recibe los espermatozoides en el acto sexual y es dónde sale el bebé en el parto natural. También es la vía de evacuación del fluido menstrual.

Útero

Órgano muscular en donde se produce la gestación y desarrollo del embrión y el feto. Su pared más interna se llama endometrio y posee vasos sanguíneos y capas de mucosa.

Trompas de Falopio

También conocidas como oviductos, son dos conductos por el cual el ovocito II es expulsado en la ovulación, con el objetivo de encontrar un espermatozoide. En los oviductos ocurre la fecundación, así como los primeros días de la formación del embrión hasta que llega al útero.

Ovarios

Son las gónadas femeninas. Se encuentran al final de los oviductos. Su función es la de producir gametos inconclusos (ovocitos II) y producir las hormonas sexuales femeninas.

Glándulas mamarias Son glándulas sudoríparas modificadas que producen leche. Tabla 15.2. Estructuras del sistema reproductor femenino y sus funciones.

El rol del sistema reproductor femenino es el de producir los gametos femeninos, y

además tiene por función de alojar durante todo el proceso al nuevo organismo que se gestará en caso de fecundación.

Como se vio en el capítulo de gametogénesis, la ovogénesis tiene la particularidad de que se sintetiza un sólo gameto femenino en una cantidad determinada de tiempo, que en la especie humana son 28 días aproximadamente, siendo un proceso cíclico. Este ciclo es conocido como ciclo ovárico (lo que sucede en el ovario) y ciclo menstrual (lo que sucede en el útero). A continuación se verán ambos procesos, y la acción hormonal que permite que sucedan normalmente.

15.4. Ciclo ovárico

Corresponde al conjunto de procesos que ocurren aproximadamente cada 28 días en el

ovario. Por convención, se ha determinado que el inicio del ciclo corresponde al primer día de la menstruación y finaliza en el día previo a la siguiente menstruación.

El ciclo sería imposible de realizarse sin la acción de las gonadotrofinas (FSH y LH) que regulan con precisión este proceso. Es por ello que la pubertad es la época en que la mujer comienza a tener estos ciclos, debido al aumento considerable de la secreción de gonadotrofinas. El evento más importante de este ciclo ocurre aproximadamente en la mitad de este período (día 14) y corresponde a la ovulación, o sea, cuando el ovocito II es expulsado del ovario en dirección al oviducto correspondiente. En este momento del ciclo es cuando la mujer es más fértil. Tomando como base la ovulación, el ciclo ovárico se divide en dos etapas: la preovulatoria y la postovulatoria.

1) Etapa preovulatoria: También conocida como etapa estrogénica, folicular o proliferativa, corresponde a la primera parte del ciclo. Abarca desde el primer día de la menstruación hasta la ovulación. Es de duración irregular (oscila entre 12 y 14 días). Para que se dé esta fase, el hipotálamo secreta GnRH, la cual estimulará la adenohipófisis para secretar FSH y LH. A pesar de que ambas actúan en esta etapa, hay una clara predominancia de la FSH (por eso también se llama etapa folicular). La FSH estimula unas estructuras microscópicas llamadas folículos primordiales, que corresponden a los ovocitos I detenidos en profase I. Varios de estos folículos se desarrollarán pero luego se detendrán, permitiendo que sólo


195

un folículo se desarrolle completamente para transformarse en un gameto funcional. También la FSH estimula la producción de estrógenos y progesterona (hormonas sexuales femeninas) pero principalmente estrógenos. Esta hormona desarrolla el sistema reproductor femenino, y otorga las características típicas de las mujeres. Además estimulan la proliferación y el desarrollo endometrial, en caso de que ocurra un embarazo. A medida que el folículo se desarrolla, la concentración de estrógenos aumenta, lo que permite el aumento de secreción de FSH y principalmente de LH. Al llegar al día de la ovulación, ocurre un peak de gonadotrofinas, en donde la concentración de ambas (LH particularmente) permiten la expulsión del ovocito II del ovario, concretando la ovulación. Cabe destacar que la LH permite la finalización de la primera división meiótica.

2) Etapa postovulatoria: También llamada etapa progestacional, lútea o secretoria,

corresponde a la segunda parte del ciclo. En condiciones normales, tiene una duración de regular de 14 días. En esta fase, la producción de FSH disminuye (por acción de la inhibina) y por tanto la producción de estrógeno también. Mientras que aumenta la producción de LH. Esta hormona actúa sobre los folículos rotos que quedaron en el ovario luego de ovulación, convirtiéndolos en el cuerpo lúteo o cuerpo amarillo. Este cuerpo es estimulado por la LH para que secrete estrógenos y principalmente progesterona. Esta hormona aumenta el grosor del endometrio, continuando el trabajo iniciado por los estrógenos, y lo constituye de vasos sanguíneos para nutrir el tejido. La progesterona también hace engrosar los oviductos y ayuda a desarrollar las glándulas mamarias. En los últimos días del ciclo, disminuye la cantidad de estrógenos y progesterona, por lo que se desintegra el cuerpo lúteo y los niveles de LH también disminuyen, provocando que el ciclo concluya y preparando las condiciones para el siguiente.

15.5. Ciclo uterino:

Este ciclo comprende los mismos días que el ciclo ovárico, pero se refiere a la seguidilla de eventos que ocurren en el útero.

Como se sabe, el útero es un órgano de gran importancia, ya que en él ocurrirá casi todo el desarrollo del nuevo organismo. Para poder realizar este proceso con normalidad, el útero deberá estar “preparado” anatómica y fisiológicamente para recibir el embrión y contenerlo hasta el parto. Este proceso de preparación, es lo que se denomina ciclo menstrual. Este ciclo se divide en tres etapas:

a) Etapa menstrual: Ocurre en los primeros 5 días del ciclo, teniendo como proceso central la menstruación. Esto sucede porque en el ciclo anterior no hubo embarazo. Cuando no hay embarazo, las concentraciones de estrógenos y progesterona disminuyen notoriamente en los últimos días del ciclo antiguo, provocando que hayan pocas hormonas iniciando el nuevo ciclo. Este déficit de hormonas desencadena que el tejido endometrial se desgarre del útero y sea expulsado a través de la vagina, junto con sangre semi coagulada y moco cervical (flujo menstrual).

b) Etapa proliferativa: Ocurre a lo largo de la etapa pre ovulatoria. En esta etapa predomina la acción de los estrógenos. Esta hormona permite que ocurra una gran cantidad de proliferaciones celulares que producen un nuevo endometrio. Finalizando esta etapa, el endometrio tiene su máximo grosor.

c) Etapa secretora: Ocurre en la etapa post ovulatoria. Como se sabe, en ella predomina la progesterona. Dicha hormona se encarga de irrigar al endometrio con vasos sanguíneos, y


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estimula a las células endometriales para que secreten una importante cantidad de líquidos nutritivos (leche uterina). Esto se hace con el fin que cuando el embrión se implante en el útero, tenga un ambiente rodeado de nutrientes. Si no hay embarazo, el ciclo se reinicia.

¿Qué ocurre en el embarazo? En el caso de que haya fecundación, el ciclo ovárico y uterino se interrumpe. En la etapa

temprana del embarazo, la placenta sintetiza, de forma constante, una hormona llamada gonadotrofina coriónica humana (HCG). Esta hormona actúa como la LH, manteniendo el cuerpo lúteo para que siga sintetizando progesterona y estrógenos, con el fin de mantener el endometrio en su lugar. Si en pleno embarazo, la progesterona disminuye, provocando el desgarre del endometrio ocurrirá un aborto espontáneo.

La HCG es una hormona que se produce solamente en el caso de que la mujer esté embarazada. Es por ello que los test de embarazo funcionan en base a la detección de esta hormona en la orina. Luego del tercer mes de embarazo, la HCG deja producirse, ya que la placenta secreta niveles constantes de progesterona y estrógenos hasta el fin del embarazo.

Curiosicosas! Debido a que

el endometrio es uno de los

tejidos que más mitosis

produce en los organismos,

hay una altísima

probabilidad de que las

mujeres puedan desarrollar

distintos tipos de cánceres

en el útero.

Figura 15.10. Gráficos que ejemplifican lo que ocurre a lo largo del ciclo ovárico y menstrual.


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15.6. Menopausia

A diferencia del hombre, el cual produce espermatozoides hasta avanzada edad, las

mujeres solo producen gametos hasta los 40 – 50 años aproximadamente. Este proceso se conoce como la menopausia.

Se cree que se produce porque ya no quedan más ovocitos en los ovarios, impidiendo que continúe la gametogénesis, lo cual es falso. Lo que en verdad ocurre, es que los ovarios se alteran fisiológicamente, luego de estar décadas ejerciendo los ciclos femeninos. Estos cambios se resumen en que los receptores ováricos pierden sensibilidad, impidiendo que la FSH y LH actúen en las gónadas femeninas. Además la cantidad de estrógenos y progesterona disminuye notoriamente.

Cuando se da inicio a este proceso de envejecimiento reproductivo, al principio las mujeres siguen teniendo sus ciclos, pero sin ovulación. Finalmente los ciclos desparecen durante el resto de la vida de la mujer.

La menopausia produce una serie de síntomas distintos en las mujeres, algunos pueden ser serios. Esto pasa porque la cantidad de estrógenos disminuye notablemente en unos pocos meses. Algunos de esos síntomas son:

- Episodios llamados sofocos, en donde la temperatura corporal aumenta. - Sensaciones psicológicas de ahogo. - Irritabilidad y cambios de humor. - Fatiga. - Ansiedad. - Osteoporosis (disminución del calcio en los huesos).

Caracteres sexuales secundarios

Como ya se vio extensamente, los caracteres sexuales primarios están relacionados con la presencia de genitales, y permiten diferencia a un hombre de una mujer en el momento del nacimiento, e incluso antes. Mientras que los caracteres sexuales secundarios son todas las demás características que nos diferencian entre ambos sexos.

Estas características no

aparecen sino hasta la pubertad de los individuos. En cuya etapa ocurren una serie de cambios físicos y psicológicos muy potentes en los organismos.

Biológicamente hablando, es en la pubertad cuando se comienzan a producir en grandes cantidades las gonadotrofinas (LH y FSH) gatillando todos los cambios posibles.

Figura 15.11. Caracteres sexuales secundarios en la

mujer y el hombre.


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Hombres Mujeres

Inicia en promedio, entre los 9 y 14 años. Y se caracteriza por una gran producción de testosterona, la cual permite el crecimiento de los genitales así como su engrosamiento. Además aparece el vello púbico (pubarquia) como también el vello en las axilas, cara y tórax. Luego las cuerdas vocales se engrosan, provocando el cambio de voz. Además se estimula el desarrollo cartilaginoso de distintas áreas (la manzana de adán por ejemplo). Otra característica, es que se estimula la producción de las glándulas sebáceas ubicadas a lo largo de la piel, las cuales producen sebo, lo que a larga induce a la aparición del acné. La testosterona también induce a la formación de proteínas (anabolismo) lo que se traduce en un gran desarrollo muscular, ensanchando los hombros, y disminuyendo el tejido adiposo. Así como también se estimula un crecimiento acelerado de los huesos y músculos (estirón). Este cambio hormonal también produce cambios psicológicos en el ámbito de las emociones y el apetito sexual.

Inicia en promedio entre los 8 y los 13 años. Y se caracteriza por una gran producción de estrógenos y progesterona. Los primeros permiten el crecimiento del útero y los ovarios, así como la aparición de vello púbico y el desarrollo de los labios vaginales. Mientras que la segunda estimula el desarrollo del botón mamario (telarquia). Tiempo después aparece la menarquia (primera regla). Los estrógenos, estimulan la producción de depósitos de grasa a lo largo del cuerpo de la mujer, especialmente en las mamas, glúteos y caderas. Además estimula el crecimiento y la distribución del cabello. También estimulan el fortalecimiento de los huesos, así como su crecimiento rápidamente (estirón). También permiten que la mujer tenga una piel suave y tersa, mucho más que la del hombre. Estos cambios hormonales, también producen cambios psicológicos en el ámbito de las emociones, la afectividad, y en el apetito sexual.

Anomalías relacionadas con los caracteres sexuales

Hombres Mujeres

Fimosis: Es una estrechez de la abertura del prepucio, la cual impide descubrir el glande. Varicocele: Es una falla en la parte vascular de los testículos del hombre, la que produce que sus venas se dilaten y el flujo de sangre sea más lento. Ginecomastia: Desarrollo anormal de tejido mamario, producido por diversos factores. Disfunción eréctil: Incapacidad de generar erecciones. Es un problema vascular.

Anovulación: Ausencia de ovulación Amenorrea: Ausencia de menstruación Metrorragia: Excesivo sangrado en la menstruación Dismenorrea: Menstruación muy dolorosa Ovario poliquístico: Es una patología que ocurre por la alteración de la producción de hormonas sexuales. Produce cambios en el ciclo menstrual e impide que se desarrollen correctamente los folículos, provocando quistes. Dificulta el embarazo.

Tabla 15.3. Desarrollo de los caracteres secundarios en hombres y mujeres.


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Preguntas PSU

Me debería importar: En un matinal de la televisión chilena, un personaje mencionó una vez “¿Quién ama a una sola persona, eso es absurdo”. La frase anterior se entiendo bajo el concepto de Poliamor. Este explica que una persona puede amar y mantener una relación con más de una persona a la vez. Al respecto, ¿Es posible realmente practicar el Poliamor?

Son sustancias químicas secretadas por las gónadas masculinas y femeninas:

Hormonas sexuales. Líquido seminal y líquido prostático. Estrógeno y Testosterona.

Sólo I. Sólo II. Sólo III. Sólo I y III. Sólo II y III.

¿Cuál de las alternativas corresponde a

caracteres sexuales secundarios?

Crecimiento de vello púbico. Desarrollo de las glándulas mamarias en las mujeres. Aumento de la masa muscular. Cambios en la voz. Todas las anteriores.

La menopausia se define como:

Un proceso de madurez sexual. La primera ovulación. La última ovulación. La primera menstruación. La última menstruación.

¿Qué eventos ocurren durante la etapa preovulatoria?

I) Crecimiento del folículo. II) Crecimiento del cuerpo lúteo. III) Producción de estrógenos.


Si extraemos el hipotálamo de un individuo se puede esperar:

Desaparición de hormonas liberadoras degonadotrofinas (GnRH). El desarrollo normal de las mamas en las niñas. La producción normal de estrógenos, progesterona y testosterona.


En la pubertad del hombre, la hormona luteinizante (LH) influye directamente en:

El crecimiento de vellos y barba. La inhibición de la producción de espermios. El aumento del deseo sexual. La producción de la hormona testosterona. La activación del epidídimo.

¿Cuál de los siguientes pares de hormonas adenohipofisiarias participan en la regulación del ciclo ovárico en la mujer?

FSH – Estrógenos. FSH – LH. FSH – Prolactina. LH – Progesterona. LH – Oxitocina.


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Capítulo 16: Parto y lactancia Objetivos:

- Conocer las distintas etapas del parto humano. - Identificar las hormonas que actúan en el parto. - Reconocer la importancia de la lactancia materna, y las hormonas que actúan en ella.

Introducción

El objetivo biológico de las relaciones sexuales es generar nuevos organismos para así mantener la especie. Como ya se vio unos capítulos atrás, las relaciones sexuales favorecen la variabilidad en los descendientes, lo cual es favorable en términos evolutivos. En los mamíferos, cuando la relación sexual es exitosa por medio de la fecundación, el embrión se resguarda en el interior del útero mientras se va desarrollando. En el momento en que el feto se encuentra listo para salir al exterior, se genera un proceso de expulsión del feto y de todas las estructuras que se formaron en el embarazo. Dicho proceso es el parto.

Luego del parto, los organismos son alimentados exclusivamente por la leche materna, el cual es un alimento muy completo para los nuevos organismos.

En este capítulo se explicarán los procesos de parto y de la lactancia materna.

16.1. Parto

El parto es el proceso que se da cuando el feto, la placenta y las membranas fetales (corion, amnios, saco vitelino y alantoides) son expulsados del cuerpo de la mujer. Este proceso ocurre naturalmente cuando el feto ya se encuentra desarrollado de tal manera que pueda sobrevivir autónomamente en el exterior, pero al mismo tiempo no se encuentra tan grande como para impedir su salida.

Actualmente se desconoce el mecanismo exacto de como el cuerpo de la mujer “se entera” del momento propicio para iniciar el trabajo de parto. Sólo se sabe que esto es producto de un “acuerdo” entre el feto y la madre. Dicho acuerdo es del tipo bioquímico, hormonal y mecánico.

Lo que también se sabe, es que el trabajo de parto de parto se gracias a la actividad hormonal. Cuando se produce el trabajo de parte, las hormonas que se liberan son:

Estrógenos: Poco antes de iniciar el trabajo de parte, los ovarios producen grandes cantidades de estrógenos. Estas hormonas comienzan a contraer el útero, y sensibilizan sus receptores para que puedan recibir otras hormonas, tales como la oxitocina.

Oxitocina: Es producida por la neurohipófisis. Se encarga de estimular las contracciones en el útero, para la expulsión del feto. A medida que pasa el tiempo, esta hormona se produce en mayores cantidades, razón por la cual que cada vez las contracciones son más largas y fuertes.

Adrenalina: Son hormonas producidas por las glándulas suprarrenales. Son las responsables de que la mujer se encuentre en estado de alerta frente a cualquier peligro posible para ella o su cría.


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Endorfinas: Son sustancias peptídicas que son secretadas por el hipotálamo. Son conocidas como el más potente de los anestésicos (aún más que la morfina). Se secreta en grandes cantidades para disminuir notablemente el dolor del parto.

16.2. Etapas del parto

El proceso del parto es bastante largo, por lo que ocurren muchas cosas en este. Para poder entenderlo con mayor precisión, se dividió en 3 etapas distintas, las cuales son:

1. Dilatación: El principal suceso es la dilatación progresiva del cérvix (cuello uterino). Mientras ocurre la dilatación, se comienzan a dar las contracciones uterinas, las cuales ocurren por menos de 10 minutos y son dolorosas. A causa de estas, se da la dilatación de 10 cm aproximadamente. Una vez que alcanza este diámetro, se pasa a la siguiente etapa.

Figura 16.1. Dilatación

2. Expulsión: Luego de que el cérvix

está completamente dilatado, se produce el descenso del bebé por el útero hasta la vagina. Este descenso se facilita gracias a las contracciones y a que la mujer empieza a pujar. Si el bebe se encuentra posicionado (“encajado”) la expulsión se da sin mayores problemas. Esta etapa puede durar desde algunos minutos hasta 1 hora.

Figura 16.2. Expulsión

3. Alumbramiento: Después del nacimiento y de asegurarse de que el neonato está en buenas condiciones, se inicia la última etapa del parto. En esta fase se expulsa la placenta, el cordón umbilical y las distintas membranas. Una vez que todas esas estructuras son retiradas, se da por finalizado el parto. Figura 16.3. Alumbramiento


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Figura 16.4. Cesárea

16.3. Cesárea

En los puntos anteriores, se han visto las distintas características del parto natural. Sin embargo, en los tiempos actuales, un nuevo método de extracción del feto se ha hecho cada vez más popular a lo largo de todo el mundo: la cesárea.

Este método es un procedimiento quirúrgico mayor, en el cual se hace una incisión en el abdomen y luego en el útero de la madre, para poder extraer al bebé por estas incisiones. La cesárea se creó para ser usada en caso de que el embarazo traiga muchas complicaciones, que ponen en riesgo a la madre, al feto o ambos, durante el parto normal. Por lo que simplemente, se extrae al feto, evitando que ocurra el parto con sus respectivas etapas.

Este procedimiento está siendo cada vez más usado en todo el mundo por las mujeres embarazadas, aunque no tengan ninguna complicación en el embarazo. Los motivos de su uso son: mayor comodidad, menos dolor y menos esfuerzo al momento de expulsar al bebé.

Actualmente, ginecólogos y matronas de todo el mundo intentan frenar el uso indiscriminado de las cesáreas, debido a que, como es una operación y no un proceso natural, es mucho más riesgoso que el parto. Las probabilidades de morir en la mesa de operaciones son más altas en la cesárea que en el parto normal, por lo que desean impedir su uso, a menos de que sea estrictamente necesario. 16.4. Lactancia materna

La lactancia es una cualidad muy importante que tienen los mamíferos (generalmente las madres) en la cual son capaces de producir leche, con el fin de alimentar a las crías que nacieron recientemente.

En el caso de la especie humana, el proceso de la lactancia se da gracias a la acción hormonal. Una vez que la mujer queda embarazada, las altas concentraciones de estrógeno y progesterona, permiten el crecimiento y desarrollo de las mamas. Además, la adenohipófisis produce prolactina, hormona que estimula la producción de leche en las mamas. Sin embargo, los estrógenos y la progesterona impiden que la leche sea expulsada durante el embarazo.

Una vez que el bebé ha nacido, la concentración de hormonas sexuales disminuye notoriamente, mientras que la de oxitocina se mantiene. Esta hormona además de estimular las contracciones, permite la eyección de leche.

Cuando el bebé comienza a succionar el pezón de la mujer, este sirve como estímulo para producir prolactina y oxitocina, y así proveerle de leche.

En los primeros días, se produce calostro, un líquido similar a la leche, aunque no es tan nutritivo ya que tiene menos grasa. Luego del cuarto día, pasa a producirse la leche materna.


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a. Beneficios de la leche materna: La leche otorgada por la madre, es considerada el alimento más completo que ha conocido la naturaleza, debido a sus diversos beneficios que otorga a los organismos que se alimentan de ella. Algunos de ellos son: Es un alimento que tiene una gran concentración de diversos componentes (agua,

proteínas, lípidos, carbohidratos) permitiendo un nutrición completa para el neonato. Si la madre se encuentra bien alimentada y sin ningún déficit nutricional, basta con que el infante se alimente exclusivamente de leche.

Además de los nutrientes, la leche trae los anticuerpos de la madre. Estos anticuerpos son adquiridos por el bebé, y constituyen la primera defensa específica en la vida de ese organismo.

Debido a que no sido manipulada previamente, es más higiénica y limpia que otros alimentos sintéticos.

Mejora el desarrollo neurológico e intelectual del infante. Estimula la recuperación del útero luego del parto. Ya que la succión libera oxitocina, la

cual contrae el útero, permitiendo que este vuelva a su tamaño original. Permite desarrollar una fuerte conexión afectiva entre la madre y su hijo. Se dice que esta

relación es la piedra angular de la naturaleza de los mamíferos.

Preguntas PSU

¿Cuál es la hormona que determina el inicio de las contracciones en el parto?

Oxitocina. Relaxina. Estradiol. Progesterona. Estrógenos.

El traspaso de los anticuerpos de madre a hijo

a través de la leche es importante porque:

Permanecen para toda la vida. Son la parte más abundante e importante de la leche materna. Los anticuerpos son transformados en energía rápidamente. Estos elementos forman la primerabarrera inmunológica del neonato. Estos elementos son los precursores de la formación de los propios anticuerpos para el neonato.

¿Durante qué etapa del parto el bebé es dado a luz?

Alumbramiento. Dilatación. Nacimiento. Contracción. Relajación.

¿Cuál es la hormona producida por la hipófisis y que estimula a los alvéolos mamarios para que produzcan la leche materna?

Oxitocina. Relaxina. Prolactina Progesterona. Estrógenos.

El orden correcto para las etapas del parto serían

Alumbramiento, nacimiento y dilatación. Dilatación, alumbramiento y nacimiento. Dilatación, nacimiento y alumbramiento. Nacimiento, dilatación y alumbramiento. Alumbramiento, dilatación y nacimiento.

¿Cuál de las siguientes hormonas

reduce su participación hacia el final del embarazo, permitiendo el inicio del trabajo de parto?

HGC. ACTH. Oxitocina. Estrógenos. Progesterona.


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Capítulo 17: Métodos anticonceptivos (MAC) e Infecciones de Transmisión Sexual (ITS)

Objetivos: - Conocer los distintos métodos anticonceptivos y su forma de acción. - Identificar las ventajas y desventajas de los distintos métodos. - Reconocer las distintas ITS junto con sus características y formas de contagio. - Entender las conductas de prevención y de riesgo asociadas a las ITS.

Introducción

En los seres humanos las relaciones sexuales son un acontecimiento de gran importancia, ya que no se emplean exclusivamente para fines reproductivos, como en la mayoría de las especies. Sino que también representan todo un conjunto de características que confluyen en el proceso de madurez sexual tanto en hombres como mujeres.

Históricamente ha existido un debate respecto de si las relaciones sexuales debieran utilizarse sólo para la reproducción, o si debiesen permitirse también para la búsqueda del placer y la satisfacción corporal.

Mientras más se ha avanzado en el tiempo, la creencia de que las relaciones sexuales debiesen abarcarse para todo tipo de necesidades y gustos, provocando que muchas personas quieren disfrutarlas pero sin dejar descendencia. Esta disyuntiva ha puesto a trabajar a las ciencias biomédicas en la búsqueda de distintos mecanismos, para evitar el embarazo en las relaciones sexuales, lo que permitió la creación de los anticonceptivos.

Sin embargo, a pesar de que los conocimientos para producir mecanismos que evitaran el embarazo aumentaban progresivamente, surgieron otros problemas relacionados con la creciente frecuencia de relaciones sexuales en las personas, siendo el principal de ellos el increíble aumento de contagio de enfermedades que se transmiten en el coito, las cuales fueron llamadas ITS (infecciones de transmisión sexual).

En este capítulo, se abarcarán los mecanismos anticonceptivos y las ITS más comunes en el mundo con sus respectivos síntomas y tratamientos. 17.1. Métodos Anticonceptivos

Los anticonceptivos son toda una gama de mecanismos utilizados para evitar el encuentro del espermatozoide con el ovocito II (fecundación) impidiendo un posible embarazo por parte de la mujer.

Son innumerables todos los métodos que han sido creados por el hombre en toda su historia, siendo la mayoría supersticiones sin ninguna validez científica que permita reconocer su eficacia. Tipos de métodos anticonceptivos

Los distintos tipos de métodos, serán clasificados de acuerdo con sus mecanismos de acción (naturales, químicos, mecánicos, etc.)


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Figura 17.2. Temperatura basal a lo largo del ciclo.

1. Métodos Anticonceptivos Naturales Este tipo de métodos, son los que no requieren de nada sintético para actuar. Sino que se

sustentan de mecanismos naturales del cuerpo humano para evitar la concepción. Algunos de ellos son:

Método del ritmo: Este método consiste en que las mujeres deben registrar periódicamente sus ciclos, con el fin de identificar el inicio y el fin del ciclo, así como los días en que la mujer es fértil, los que comúnmente son los 3 días previos a la ovulación junto con los 3 días siguientes (día 11 al 17). La ovulación en general se da 14 días antes del inicio del siguiente período. La mujer deberá abstenerse de tener relaciones sexuales en sus días fértiles. Se recomienda que sólo las mujeres con periodos regulares apliquen este método. Sin embargo, está demostrado que los espermatozoides pueden sobrevivir más tiempo alojados en las trompas de Falopio, pudiendo ocurrir de igual forma un embarazo.

Esto ha provocado que muchos ginecólogos descarten que este método sea recomendable.

Método de la temperatura basal: Lo que se busca acá, es reconocer el día de la ovulación de la mujer, para que se abstenga de tener relaciones sexuales en esos días, mediante la observación de su temperatura corporal. Para lograr esto, la mujer deberá medir diariamente su

temperatura corporal cada mañana a la misma hora, antes de levantarse de la cama. El termómetro debe ser colocado en la boca, en la vagina, o en el ano. A lo largo del ciclo, la temperatura de una mujer sana se mantiene muy constante, excepto el día de la ovulación. Ese día, la temperatura corporal disminuye notablemente previo a la expulsión del ovulo. Luego de ello, la temperatura aumenta 0,5°C durante toda la fase post ovulatoria, debido a la acción de la progesterona. Cuando aumenta la temperatura, quiere decir que ya se efectuó la ovulación.

Figura 17.1. Calendarización del método del ritmo.


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Método de Billings: El método se basa en identificar los días fértiles de la mujer, en base al periódico análisis del moco cervical producido por el útero. En los días infértiles, el moco cervical se aglutina en el cuello uterino, formando una especie de tapón que impide el paso de los espermatozoides. Por lo que el moco será escaso y muy poco viscoso. En cambio, en los días fértiles, el moco cervical será más

viscoso, debido a la acción hormonal que deshace este tapón. Por lo que el fluido será mucho más abundante y pegajoso al tacto. Además será de color más claro.

Método de la lactancia: En este método, se utiliza el proceso de lactancia materna como método que impide el embarazo. Este se debe a que existe evidencia que comprueba que la lactancia, interrumpe los ciclos hormonales que producen la ovulación. Los especialistas recomiendan emplear este método sólo si se cumplen las siguientes condiciones: -El bebé sólo se alimenta de leche materna y lo hace con una frecuencia de más de 4 veces al día. -El bebé tiene menos de 6 meses. -La mujer no ha reiniciado sus ciclos femeninos. Este método ha tenido resultados positivos, sin embargo, sólo 1 de cada 100 mujeres lo emplea correcta y rigurosamente, según las estadísticas.

Coitus Interruptus: Es uno de los métodos más utilizados en el mundo, por la mayoría de las parejas de relaciones sexuales. Consiste en que el hombre debe retirar el pene de la vagina, justo antes de eyacular, para evitar que los espermatozoides se depositen dentro de la mujer. Se ha demostrado que este método es completamente inútil, ya que el líquido pre-seminal que produce el hombre cuando está excitado contiene considerables cantidades de espermatozoides. En general, actualmente se está debatiendo acerca de la verdadera eficacia de los

métodos anticonceptivos naturales, debido a que muchos científicos, argumentan que el cuerpo humano está diseñado evolutivamente para permitir el embarazo aún en las circunstancias más adversas. Por lo que si no se utilizan otro tipo métodos “no naturales” es muy probable de que ocurra un embarazo.

2. Métodos Anticonceptivos de Barrera

Al contrario de los anticonceptivos naturales, este grupo consta de la utilización de distintos

aparatos sintéticos que forman una barrera mecánica, la cual impide que los espermatozoides ingresen al útero. Los más destacables son:

Diafragma: El diafragma es una pieza de goma con forma de disco, que se debe colocar en el cuello del útero antes de la relación sexual. El objetivo de este, es ser una barrera literal que impide la entrada de los espermatozoides al útero, reduciendo enormemente las posibilidades de embarazo. Generalmente el diafragma contiene sustancias químicas que funcionan como espermicidas. Apenas termina la relación sexual, la mujer debe quitarse

Figura 17.3. Aplicación del método de Billings.


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esta pieza, con sumo cuidado. La principal falencia de este método, es que sin el tratamiento correcto, aumenta notablemente las probabilidades de embarazo.

Figura 17.4. Uso del diafragma.

Condón: El condón es probablemente el método más conocido a globalmente. Básicamente es una funda de material impermeable que rodea completamente el órgano genital, impidiendo que los espermatozoides logren traspasar el material. Si bien el uso del condón se le relega al hombre, también existen condones femeninos que se están masificando cada vez más. En el caso del masculino, la funda, generalmente de látex, rodea completamente el pene, mientras que en el femenino, la funda de poliuretano se inserta en la vagina. Las dos versiones impiden el paso de los espermatozoides y contienen sustancias espermicidas. Cabe destacar que el condón es el único anticonceptivo que provee protección contra las infecciones de transmisión sexual.

Figura 17.5. Modo de empleo del condón femenino.

3. Métodos anticonceptivos hormonales

Estos métodos son de uso exclusivo de la mujer, y como su nombre lo dice, provocan la alteración hormonal de las mujeres, con el objetivo de impedir el embarazo. Algunos de estos métodos son:


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Píldoras anticonceptivas: Es el método hormonal (y femenino) más popular. Su uso consta de tomar una pastilla diaria, por cada día del ciclo, por lo que requiere rigurosidad. Estas píldoras contienen una baja cantidad de estrógenos y progesterona sintéticos. Como ya viste en el capítulo anterior, las gonadotrofinas (FSH y LH) se regulan con las hormonas sexuales (estrógenos y progesterona) mediante retroalimentación negativa. Es decir, si unos aumentan mucho, las otras disminuyen su producción. Por lo que este consumo diario de pastillas, aumentará la concentración de hormonas sexuales, lo que provocará el descenso de la producción de FSH y LH y en consecuencia los folículos no se desarrollarán en ovocitos II, impidiendo la ovulación. Por lo que da igual si el espermatozoide ingresa al útero, ya que no habrá ovocito II que lo esté esperando. Es por eso que a este método se le llama anovulatorio.

Parche anticonceptivo: Es un parche que se pega en alguna zona de la piel y que libera constantemente hormonas sexuales sintéticas. Actúa de la misma forma que las píldoras anticonceptivas. La única diferencia es su método de aplicación y su duración. El parche libera las hormonas durante 3 semanas. Luego se debe cambiar.

Anticonceptivos inyectables: Consiste en la aplicación de las hormonas sintéticas mediante una inyección. Es el mismo método de acción que las anteriores, variando nuevamente en su duración, que en este caso se prolonga por meses.

Implante anticonceptivo (Implanon y Nexplanon): Es una varilla del tamaño de un fósforo que se inserta debajo de la piel (generalmente en el antebrazo). Al igual que todos los demás libera hormonas sintéticas que impiden la ovulación. Su duración puede llegar a los 3 años. Luego de ese tiempo, se debe cambiar.

4. Métodos anticonceptivos químicos

1. Dispositivo intrauterino (DIU) o T de cobre: Este

dispositivo puede ser de cobre o de plástico. Se introduce dentro del útero mediante un procedimiento médico. Este dispositivo, modifica el ambiente del útero de tal forma que impide el embarazo, impidiendo la implantación del embrión o intoxicando a los espermatozoides. La forma de acción exacta es desconocida. El DIU proporciona protección anticonceptiva durante un período de 10 años aproximadamente, luego se debe cambiar. Uno de los principales riesgos de este método, es que puede dañar

internamente el útero. Figura 17.7. Tipos de DIU

Figura 17.6. Implante anticonceptivo


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5. Métodos anticonceptivos quirúrgicos Esta clase de anticonceptivos requiere una operación

ambulatoria para efectuarse. Popularmente son conocidas como la esterilización. Pueden evitar la forma parcial o permanente de la fecundación.

2. Ligadura de trompas: En esta intervención quirúrgica, se cortan los oviductos con pequeñas incisiones y se ligan inmediatamente. De esta manera, los espermatozoides están imposibilitados para llegar donde el ovocito, impidiendo la fecundación.

3. Vasectomía: En esta intervención quirúrgica, se seccionan los conductos deferentes correspondientes a cada testículo y se cauterizan. Lo que provocará que el semen eyaculado no tendrá espermatozoides.

6. Abortivos

Como ya se ha visto a lo largo de este capítulo, los anticonceptivos constan de una gran gama de elementos que tienen una función única: la de impedir la fecundación. Sin embargo, en los últimos años, una nueva gama de productos se están usando con mayor frecuencia; las sustancias abortivas.

Los abortivos son sustancias que provocan la interrupción del embarazo. Es decir, se utilizan luego de la fecundación y eliminan el embrión o el feto.

Existe una gran diversidad de abortivos, que comprenden desde métodos naturales hasta procedimientos quirúrgicos. La sustancia abortiva más común en la actualidad es la famosa pastilla del día después.

4. Pastilla del día después: Conocida como Tace o Postinor, es una pastilla similar a las

anticonceptivas ya que contiene progesterona sintética. La diferencia es que esta pastilla contiene casi 100 veces más progesterona que las anticonceptivas. Es recomendable que esta pastilla se deba ingerir dentro de las 24 horas que suceden a la relación sexual, ya que es más efectiva en ese lapso de tiempo. Esta pastilla tiene 3 formas de actuar. La primera es postergando la ovulación, evitando la fecundación. La segunda es modificando la composición del moco cervical. Específicamente, impide que el moco cervical se diluya, manteniendo este tapón natural que restringe la entrada de los espermatozoides. Estas dos formas evitan el embarazo, por lo que son anticonceptivas. Sin embargo, la otra forma de actuar ocurre cuando la fecundación ya se ha dado. En este caso impide que el embrión se implante en el útero, resultando en la muerte del embrión y su posterior expulsión, siendo esta forma la abortiva.

Figura 17.8. Ligadura de trompas.

Figura 17.9. Vasectomía.


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17.2. Infecciones de transmisión sexual

Son diversas infecciones producidas por microorganismos tales como bacterias, virus, hongos y parásitos, que se transmiten mediante las relaciones sexuales (orales, vaginales o anales). Aunque no solo se transmiten mediante el sexo, sino que también pueden ingresar al organismo a través de jeringas contaminadas, o de contacto directo con sangre infectada. Además se transmiten de madre a hijo en el embarazo, parto o lactancia.

Infecciones de transmisión sexual más comunes

1. Candidiasis vaginal: Es una infección provocada por el hongo cándida albicans. Esta infección produce síntomas menores tales como el enrojecimiento, picazón e irritación de la vagina. Es una infección muy común y no necesariamente se contagia mediante relaciones sexuales. Estadísticamente todas las mujeres padecerán esta infección alguna vez en su vida. Si no se trata, puede dejar infértil a la mujer. La candidiasis también puede infectar a los hombres, aunque es muy inusual.

2. Clamidia: Infección producida por una bacteria del mismo nombre. Se da en hombres y mujeres, con preferencia en estas últimas. Suele ser asintomática, aunque cuando aparecen los síntomas, los más característicos son el dolor al orinar y la secreción anormal por parte de los órganos genitales. Suele producir infecciones urinarias, y si no se tratan pueden provocar infertilidad o serios problemas en el embarazo.

3. Hepatitis B: Es producida por el virus de la hepatitis B (VHB) el cual se contagia mediante relaciones sexuales, a través del pinchazo de una aguja o un objeto corto punzante que esté contaminado, o si hay contacto directo con sangre contaminada. Este virus provoca una inflamación al hígado que puede desencadenar una cirrosis, o una destrucción del tejido hepático e incluso un cáncer de hígado. Para esa infección no hay cura alguna, pero sí hay vacunas que previenen su contagio.

4. Infección por Virus del Papiloma Humano: El VPH es un virus que posee cientos de versiones distintas, siendo la mayoría inofensivas para el organismo humano. Sin embargo, aproximadamente unas 30 cepas, producen verrugas en los órganos genitales que pueden evolucionar a diversos tipos de cáncer (cuello del útero, vagina, vulva, pene o ano). Estas versiones del VPH se transmiten en las relaciones sexuales, y ni siquiera el uso correcto del condón eliminan la posibilidad de contagio. Actualmente se han desarrollado una amplia variedad de vacunas que previenen el contagio de este virus.

5. Herpes genital: Es producido por el virus del herpes simple tipo 2. Esta infección se transmite mediante las relaciones sexuales, y su principal síntoma son la aparición de pequeñas ampollas llenas de líquido y muy dolorosas al tacto, en los órganos genitales, el ano o la boca. El herpes no tiene ningún tipo de cura efectiva, pero sí tiene tratamientos que disminuyen las ampollas y alivian el dolor provocado por ellas.

Curiosicosas! ¿ETS o ITS? Muchas personas tienen una confusión respecto a si se les llama Enfermedades o Infecciones. Recientemente, la OMS decretó que el nombre correcto es Infecciones de Transmisión Sexual, ya que las enfermedades se caracterizan por tener síntomas inmediatos. Sin embargo, muchas de las patologías de transmisión sexual, pueden pasar por años sin expresar ningún síntoma, por lo que no encajan con la definición de enfermedad, pero sí con la de Infección.


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6. Gonorrea: Esta infección es transmitida por la bacteria Neisseria gonorrhoeae y es una de las ITS más comunes del mundo. Sus síntomas comunes son dolor al orinar, inflamación de los órganos genitales, y secreciones de diversos colores que salen por el pene o la vagina. La gonorrea es una enfermedad curable, pero si no se trata, puede producir infertilidad tanto en hombres como mujeres, problemas en el embarazo, y es muy probable que una mujer contagie a su hijo en el momento del parto.

7. Sífilis: Es provocada por la bacteria Treponema pallidum. Esta infección presenta diferentes etapas mientras pasa el tiempo. La fase primaria se caracteriza por la aparición de una única llaga (chancro) pequeña e indolora, similar a un pelo encarnado. Suele pasar desapercibida hasta que comienzan aparecer más lesiones. En la fase secundaria, generalmente la llaga inicial está desapareciendo, pero aparecen muchas otras en distintas zonas del cuerpo como la espalda y la boca. Si no se trata la infección, se pasa a la fase latente la cual es la más grave. En esta fase todos los síntomas anteriores desaparecen, y se abre un período asintomático que puede durar décadas. Luego de ese período, pueden aparecer síntomas tales como problemas de coordinación muscular, parálisis, sordera, ceguera e incluso demencia, para luego acabar con la muerte. En este punto la infección ha llegado al sistema nervioso y ya es imposible tratarla. Es por ello que es vital tratar la sífilis en su primera fase, pues en ese período es completamente curable.

8. Síndrome de Inmunodeficiencia adquirida: El SIDA es producido por el virus de inmunodeficiencia humana (VIH) el cual es transmitido en las relaciones sexuales de cualquier tipo, en las transfusiones con sangre contaminada o de madre a hijo en el embarazo. El virus ataca a unos linfocitos en particular (helper) los cuales se encargan de reconocer los distintos patógenos que atacan al cuerpo. En los primeros meses de contagio, el SIDA es asintomático. Después de esa ventana sin síntomas, lo que ocurre es que el virus ya dejó al organismo con un sistema inmune incapaz de defenderse de cualquier patógeno, por lo que un simple resfriado pude matar a una persona con el síndrome. Las personas que tienen una vida sexual muy activa con distintas personas deben chequearse regularmente para ver si están contagiados del VIH. El SIDA no tiene cura, pero actualmente hay muchas terapias que ayudan a la persona a vivir una vida normal, por lo tanto ya no es una sentencia de muerte.

17.3. Prevención contra las ITS

Como ya habrás visto, hay una gran variedad de infecciones de transmisión sexual que pueden atacar el organismo de muchas maneras. Lo importante al saber toda esta información, es que las personas sepan cuáles son las formas de evitar las conductas de riesgo, y por lo tanto de evitar contagiarse con una de estas infecciones, ya que si no lo hace, lo pueden pagar incluso con la vida.

Mantener una pareja estable. Se recomienda a todas las personas que tengan relaciones

sexuales con una pareja en la cual confíen, y que conozcan. Estar protegido correctamente. En el caso de que se tengan relaciones sexuales con

diversas personas, o con una persona desconocida, se debe usar obligatoriamente el condón tanto como el masculino o el femenino (ahora las mujeres no tendrán excusa) usado de forma correcta. Cabe destacar que el sexo oral también se debe realizar con esta protección. Recuerden que dejar embarazada a la mujer no es la única preocupación.

Evitar el uso de objetos corto punzantes no inoculados. Esto implica no utilizar jeringas ni ningún otro objeto hospitalario que puede tener contacto con tu sangre, si no es


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completamente nuevo. Estos objetos, por ley, sólo deben usarse en una sola persona, y luego deben desecharse.

Recuérdenlo; sean felices y disfruten, pero de forma responsable. De lo

contrario, pueden hasta perder la vida.

Preguntas PSU

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta con respecto a las enfermedades de transmisión sexual?

El uso de pastillas anticonceptivas protege del contagio. El sexo oral no tiene riesgo de contagio. Todas las enfermedades de transmisión sexual tienen cura. Una persona infectada puede contagiar a la pareja solamente si presenta molestias genitales. Una mujer contagiada sin un tratamiento adecuado puede quedar estéril.

¿Cuál de los siguientes métodos

anticonceptivos produce alteraciones en el ciclo menstrual de la mujer?

Dispositivos intrauterinos. Método del ritmo. Ligaduras de trompas. Anticonceptivos orales. Diafragma.

El ligamiento de trompas es un método

utilizado para esterilizar a las mujeres en etapa reproductiva. ¿Qué opción menciona su mecanismo de acción?

Evita la implantación. Impide la fecundación. Impide la maduración del folículo. Altera la regularidad del ciclo menstrual. Provoca abortos espontáneos.

Los métodos anticonceptivos pueden ser total o parcialmente reversibles. En este último caso, la recuperación de la fertilidad no puede asegurarse. ¿Cuál de los métodos que se mencionan a continuación corresponde a uno parcialmente reversible?

Dispositivo intrauterino. Ligadura de trompas. Píldora del día después. Coito interrumpido. Jalea espermicida.

¿Cuál de los siguientes métodos de

control de la fertilidad es análogo a la vasectomía?

Píldoras anticonceptivas. Ligaduras de trompas. Dispositivos intrauterinos. Condón. Gel espermicida.

¿Cuál de los siguientes métodos

anticonceptivos requiere de un mayor autoconocimiento de la mujer de sus signos y síntomas durante el ciclo menstrual?

Interrupción del coito. Método Billings. Uso de barreras mecánicas Implantes hormonales. Uso de barreras químicas.


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Me debería importar:

1. Un grupo de científicos logro crear un anticonceptivo hormonal inyectabe masculino. En

una prueba de este nuevo anticonceptivo en 320 hombres pudieron concluir que, luego de

un año de experimento, era 96% efectiva en prevenir embarazos no deseados en su

pareja. De hecho la Organización Mundial de la Salud declaró que “el estudio descubrió

que es posible tener un anticonceptivo hormonal para hombres que reduzca los

embarazos no planeados en la pareja del hombre que la use”. Sin embargo, debido a los

efectos secundarios, los investigadores decidieron detener el estudio. 20 hombres de los

320 de la investigación presentaron depresión, cambios anímicos, aparición de acné y

dolor muscular, síntomas similares a los que presenta la pastilla anticonceptiva en las

mujeres. ¿Si tu hubieras sido parte del equipo de científicos, hubieras suspendido el

estudio también? ¿Por qué?

2. La incidencia de abortos ha declinado más en países donde el aborto es legal (y seguro)

que en países donde es ilegal (e inseguro). ¿Puede sugerir una explicación?


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Unidad 4: Organismo y ambiente

Capítulo 18: Flujo de materia y energía en el Ecosistema Objetivos:

- Caracterizar la fotosíntesis y sus etapas. - Comprender la importancia de la fotosíntesis para los seres vivos y los ecosistemas. - Reconocer los niveles tróficos, y las relaciones que se establecen entre ellos. - Comprender las relaciones de biomasa en las cadenas alimentarias. - Estudiar los ciclos biogeoquímicos y su importancia en el flujo de energía y materia en un

ecosistema. Introducción

La complejidad molecular y la ordenación estructural de los organismos vivos, en contraposición al azar que reina en la materia inerte, tienen unas implicaciones profundas para la coordinación de los sistemas vivos con su entorno. La segunda ley de la termodinámica, rama de la física que trata de la energía y sus transformaciones, establece que los procesos físicos y químicos tienden a aumentar el desorden o el caos en el mundo; es decir, su entropía.

Las células vivas pueden dividirse en dos grandes clases según el tipo de energía que obtienen de su entorno. Las células fotosintéticas utilizan la luz solar como principal fuente de energía; la energía radiante es absorbida por el pigmento clorofila y transformada en energía química. Las células heterotróficas aprovechan la energía de las moléculas orgánicas muy reducidas ricas en energía, como la glucosa y que obtienen de su entorno. La mayor parte de las células del reino animal son heterotróficas; en ellas la glucosa es oxidada a anhídrido carbónico y agua, proceso en que se conserva algo de a energía libre de la molécula de glucosa, la cual se emplea posteriormente para realizar diversos tipos de trabajo celular. En contraposición la fotosíntesis es un proceso que, aprovechando el anhídrido carbónico y el agua, sintetiza glucosa y además libera oxígeno al medio ambiente, un conglomerado de reacciones químicas imprescindibles tanto para vegetales como para animales.


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18.1. Fotosíntesis, un proceso vital.

Todos los seres vivos incorporan continuamente sustancias químicas del medio para desarrollar sus diferentes procesos vitales. En el caso de las plantas, algas y bacterias (cianobacterias) el proceso fundamental de nutrición es la fotosíntesis.

La fotosíntesis permite transformar la energía lumínica en energía química. A partir de las moléculas de agua y dióxido de carbono (anhídrido carbónico) y gracias a la energía lumínica se produce la formación de glucosa.

El organelo celular, en el caso de algas y plantas, en donde ocurre la fotosíntesis se denomina cloroplasto. En el interior de los cloroplastos hay un pigmento (sustancias que captan luz) fundamental para que la fotosíntesis ocurra, llamado clorofila. Otros pigmentos fotosintéticos importantes son los carotenoides (tonalidades anaranjadas) y las xantófilas (color amarillo).

Los cloroplastos se componen de una doble membrana, en cuyo interior, o estroma, se encuentran discos membranosos llamados tilacoides, que al agruparse forman un estructura llamada grana. Junto con la mitocondria son los únicos organelos que contienen ADN libre en su interior.

Si observas a la izquierda en la figura 18.2, tanto la clorofila “a” como la clorofila “b” absorben luz en longitudes de onda desde el azul (400 a 500 nm), saltándose el verde, y luego en el amarillo y el rojo (600 a 700 nm). Esto explica por qué los vegetales más verdes son los que contienen más clorofila, puesto que reflejan justamente el color que no absorben.

Figura 18.1. Cloroplasto y la estructura de una grana.

Figura 18.2. Espectro de absorción de luz de los pigmentos que poseen los cloroplastos.


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18.2. Fases de la fotosíntesis

La fotosíntesis posee dos fases, donde la primera proporciona la energía en forma de ATP para que se realice la segunda. La fase clara, como su nombre lo indica, no puede funcionar en ausencia de luz, en tanto la fase oscura es independiente de la luz, por lo que puede ocurrir de día o de noche. a) Fase clara, luminosa, primaria o dependiente de la luz

Al interior de los cloroplastos, los pigmentos fotosintéticos se organizan formando fotosistemas, que son unidades que captan energía lumínica y se encuentran en la membrana de los tilacoides.

Los fotosistemas poseen una parte denominada antena, que es un conjunto de pigmentos que absorben gran parte de energía lumínica, la modifican y la conducen a otra región del fotosistema denominada centro de reacción, donde se encuentra una molécula de clorofila que desencadena el proceso fotosintético.

NADPH: Molécula con alta capacidad de aceptar y ceder electrones, proviene de la vitamina B3. ATP (Adenosín trifosfato): Molécula fundamental en los procesos energéticos. Es un nucleótido caracterizado por poseer enlaces con alto valor energético.

Figura 18.3. Fase luminosa de la fotosíntesis.


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Observando la imagen 18.3. Podemos notar que los fotones (partículas portadoras de energía electromagnética) estimulan el fotosistema II, ubicado dentro de la membrana tilacoidal. Los fotones primero estimulan los pigmentos ubicados en la antena del fotosistema II y luego son conducidos al centro de reacción, que contiene una molécula de clorofila. Se produce la liberación de un electrón, que es transferido a otra molécula, y a otra, generándose así una cadena transportadora de electrones.

Simultáneamente, debido a la excitación de la clorofila se produce la fotólisis de dos moléculas de agua. Estas son degradadas dando origen a una molécula de oxígeno (O2), que posteriormente es liberado al ambiente.

La cadena transportadora de electrones llega hasta el fotosistema I, estimulando a la clorofila, generándose otra cadena transportadora de electrones, que finalmente produce una coenzima llamada NADPH. La energía contenida en los iones hidrógeno se usa para formar ATP. El ATP, junto con el NADPH, posteriormente serán utilizados para la síntesis de glucosa. b) Fase oscura, secundaria, independiente de la luz o ciclo de Calvin.

En esta etapa la energía lumínica no es necesaria. Las moléculas de ATP y NADPH

fabricadas en la fase lumínica son utilizadas en diferentes reacciones químicas que conducen a la formación de glucosa a partir de CO2, gracias a la enzima ribulosa bifosfato (rubisco, en forma abreviada), encargada de la captación de CO2.

El proceso de formación de glucosa a partir de dióxido de carbono se denomina Ciclo de Calvin y ocurre en el estroma de los cloroplastos.

Figura 18.4. Fases de la fotosíntesis.


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Figura 18.5. La fase lumínica se lleva a cabo en la membrana de los tilacoides en tanto la fase

oscura o ciclo de Calvin ocurre en el estroma del cloroplasto. 18.3. Balance de la fotosíntesis.

En el proceso de fotosíntesis se transforman sustancias simples, como el CO2 y el H2O en sustancias de mayor complejidad como la glucosa, por eso es un proceso anabólico (a partir de moléculas simples se forman moléculas complejas) y endergónico (que requiere de energía).

Ocurre la fotólisis del H2O, formándose O2, el que es liberado posteriormente al ambiente. Se producen además, cuatro iones hidrógeno los que son utilizados para formar ATP.

Una vez sintetizada la glucosa, numerosas moléculas se pueden unir en forma de polímeros de almidón o de celulosa. El almidón es un polímero de alto valor energético, y que se almacena en los tejidos de reserva. La celulosa es un polímero estructural que constituye parte de las paredes celulares de las plantas.

La ecuación química que resume el proceso de fotosíntesis es:

Figura 18.6. Balance de la fotosíntesis.


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18.4. Factores extrínsecos que influyen en la fotosíntesis.

La síntesis de glucosa, producto de la fotosíntesis, permite que la planta acumule biomasa (energía radiante del sol transformada en energía química, parte de esta energía queda almacenada en forma de materia orgánica) y sintetice otras moléculas fundamentales para sus procesos metabólicos.

Hay algunos factores que influyen en la efectividad de la fotosíntesis, es decir, que afectan positiva o negativamente la producción de glucosa de una planta. A continuación se describen estos factores. Intensidad lumínica: La tasa fotosintética aumenta progresivamente a medida que aumenta la intensidad lumínica, hasta un valor máximo, que suele ser alrededor de los 600 watts, una vez alcanzado este valor la tasa fotosintética se mantiene.

Figura 18.7. Tasa fotosintética afectada por la luz y temperatura.

Temperatura: A medida que aumenta la temperatura, las plantas aumentan su tasa fotosintética. Existe una temperatura límite a la cual la tasa fotosintética empieza a decrecer progresivamente. Con la temperatura aumenta la actividad enzimática lo que se traduce en una mayor producción de glucosa. Un proceso fotosintético es eficiente entre los 10°C y los 35° C. Disponibilidad de Agua y CO2: Para que el proceso de fotosíntesis se realice exitosamente la planta debe absorber continuamente H2O a través de sus raíces, así sus estomas se mantienen abiertos posibilitando un mayor ingreso de CO2 a la planta. Cuando disminuye el agua, los estomas se cierran y disminuye la tasa fotosintética.


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Por otra parte, la tasa fotosintética aumenta a medida que se incrementa la concentración de CO2, pero siempre hay un límite que puede inhibir la fotosíntesis.

Figura 18.8. Gráfico de la tasa fotosintética en función de la concentración de CO2. 18.5. Tipos de nutrición de los seres vivos.

Los seres vivos utilizan distintas materias primas para ser convertidas en nutrientes, de esta forma se puede aprovechar la energía química contenida en los alimentos o bien la energía lumínica que proporciona el sol como es el caso de las plantas. Organismos Autótrofos: Estos organismos utilizan pequeñas moléculas inorgánicas (como el CO2) como fuente de carbono para sintetizar compuestos orgánicos: glúcidos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Los organismos fotosintéticos utilizan como fuente de energía la luz, y los que utilizan la energía obtenida de la oxidación de moléculas inorgánicas, se conocen como quimiosintéticos. Organismos Heterótrofos: Estos organismos utilizan como fuente de carbono y de energía los nutrientes que obtienen al alimentarse de otros seres vivos, o de sus restos y desechos. Pueden ser herbívoros, carnívoros o descomponedores.

Dentro de esta clasificación encontramos tres tipos de organismos:

- Saprófitos (detritívoros): Se alimentan de restos de animales o vegetales muertos o en descomposición.

- Parásitos: A través de un hospedero obtienen sus nutrientes al cual perjudican, pero no lo matan.

- Simbióticos: Retroalimentación entre seres vivos, aporte mutuo de nutrientes y recursos.


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Figura 18.9. Tipos de organismo según su nutrición.

Figura 18.10. Materias primas y fuentes de energía necesarias para los

procesos biológicos de los seres vivos.


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Desafío: Completa el siguiente mapa conceptual con las palabras: fotosintético, quimiosintético, heterótrofo y autótrofo donde corresponda.

¿Qué ocurre con el traspaso de energía entre los seres vivos?

La energía lumínica es captada por los productores, los que, mediante la fotosíntesis, producen nutrientes que almacenan parte de esa energía en sus enlaces químicos. La energía química de los nutrientes es empleada por los organismos productores para realizar sus procesos vitales. Al alimentarse de un productor, los consumidores primarios obtienen energía química contenida en las moléculas que forman las estructuras del organismo autótrofo.

Los consumidores secundarios obtienen la energía de las moléculas que componen a los consumidores primarios. Parte de la energía de los nutrientes contenidos en los consumidores primarios es empleada por los consumidores secundarios para realizar sus funciones vitales. Los descomponedores obtienen la energía que necesitan para sobrevivir de los restos de los productores y consumidores, o de sus desechos.

La transferencia de materia y energía entre los seres vivos ocurre principalmente a través de las relaciones alimentarias que se establecen entre ellos, lo que determina que la mayoría estén constituidos por las mismas moléculas. Las biomoléculas como el agua, las sales minerales, los glúcidos, los lípidos y las proteínas se transfieren entre los organismos a través de la alimentación, lo que conlleva también una transferencia de energía.

Según la forma en que los seres vivos obtienen materia y energía que requieren para satisfacer sus necesidades vitales, se clasifican en: productores, consumidores y descomponedores.

Nutrición

Materiales

Los organismos obtienen las sustancias que necesitan usando como fuente de materiales compuestos inorgánicos como CO2, H2O y sales minerales.

Los organismos obtienen los nutrientes que necesitan a partir de compuestos orgánicos que provienen de otros seres vivos. Ejemplo de ello, son los animales.

Energía

Obtienen la energía que necesitan para desarrollar sus funciones vitales de la energía lumíninca proveniente del sol.

Obtienen la energía que necesitan a partir de procesos químicos.


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Productores: Son organismos capaces de sintetizar sus nutrientes a partir de sustancias simples e inorgánicas, utilizando energía por lo que también se les conoce como organismos autótrofos. Ejemplo de productores son los organismos fotosintéticos, como las plantas y las algas, que usan energía lumínica para sintetizar nutrientes; y organismos quimiosintéticos, como algunas bacterias y organismos que viven en las profundidades marinas, que utilizan energía química. Consumidores: Son organismos heterótrofos, es decir, que se alimentan de otros seres vivos, o de partes de ellos, para obtener la materia y energía que necesitan. Según el tipo de ser vivo del que se alimentan, los consumidores pueden ser primarios, si se alimentan de organismos productores, secundarios, si se alimentan de los consumidores primarios o terciarios, si se alimentan de los secundarios. Descomponedores: Son seres heterótrofos que obtienen su materia y energía mediante la degradación de la materia orgánica de organismos productores o consumidores muertos. En general corresponden a bacterias y protistas, junto con los organismos del reino Fungi.

Los productores, consumidores y descomponedores corresponden a los tres grandes niveles tróficos del ecosistema. 18.6. Cadenas y tramas alimentarias.

En un ecosistema pueden manifestarse distintas relaciones alimentarias entre las especies lo que determina la transferencia de materia y energía de los organismos productores hacia los consumidores. Los descomponedores, por su parte, obtienen materia y energía de los productores y los consumidores.

Las relaciones alimentarias, o tróficas, pueden representarse a través de una cadena alimentaria o trófica, que es un diagrama de flujo lineal, que se inicia con un organismo autótrofo y finaliza con un organismo heterótrofo, que se alimenta de otros seres vivos, pero que no es consumido por otro organismo.

Ecosistema: Comprende todas las comunidades que viven en un ambiente determinado, e

incluyen interacciones que se establecen entre los seres vivos que las componen, además de

las que se producen entre los organismos y los factores del ambiente (componentes

abióticos).


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Si bien las cadenas alimentarias nos permiten comprender cómo se produce el flujo de materia y energía en un ecosistema, esta situación está simplificada, ya que en la naturaleza los consumidores suelen alimentarse de organismos de más de una especie.

Debido a lo anterior, para presentar la estructura trófica de un ecosistema se utilizan las tramas alimentarias o tróficas, las que están conformadas por muchas cadenas alimentarias interconectadas entre sí.

Tanto en las cadenas como tramas el sentido del flujo de la energía y materia que se produce entre las especies se representa a través de flechas.

Para entender cómo funcionan estas relaciones en los ecosistemas, es fundamental contar con otros datos que puedan ser cuantificados, como la cantidad de energía asociada a diferentes especies.

Desafío: Observa el esquema que representa una red trófica de un ecosistema lacustre del altiplano de Chile. Luego responde las preguntas planteadas.

1. Identifica las especies pertenecientes a los niveles productor, consumidor primario y consumidor secundario. 2. ¿Qué podría pasar en el ecosistema si, bruscamente, disminuyen las poblaciones de insectos? Explica.

Figura 18.11. Representación de una trama alimentaria o trófica.


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¿Cómo se transfiere la energía entre los seres vivos? Del total de la energía lumínica proveniente del sol, que está disponible para los seres

fotosintéticos, estos sólo aprovechan el 2% para la formación de los productos resultantes de la fotosíntesis. De las moléculas sintetizadas por los autótrofos, los heterótrofos obtienen la energía que necesitan para llevar a cabo sus funciones vitales. Por ende la eficiencia de los autótrofos determina la cantidad de energía disponible para los demás seres vivos del ecosistema. Entre los seres vivos de un ecosistema, la energía fluye en un sólo sentido, desde los organismos autótrofos, o productores, es transferida hacia los consumidores mediante las relaciones alimentarias.

En cada transferencia, se producen grandes pérdidas de energía en forma de calor, el cual es emitido al ambiente. La cantidad de energía disponible para el organismo heterótrofo del último nivel de la cadena de transferencia, es menor en comparación a la cantidad de energía de la que disponen los organismos que se ubican en niveles anteriores.

Este comportamiento de la energía obedece a las leyes de la termodinámica. La primera es la ley de la conservación de la energía, según la cual la energía no se cree ni se destruye, solo se transforma. Se infiere que a partir de esta ley la energía puede transformarse de una forma a otra. Por ejemplo, la energía lumínica puede transformarse en energía química y calor, pero nunca disminuirá o aumentará la cantidad de energía. La segunda ley, es la ley de la entropía, que postula que parte de ella se degrada a una forma no aprovechable, como el calor.

Figura 18.12. Flujo de energía en una cadena trófica.

Cuando consideramos a un productor cualquiera y su energía total producida por el proceso de

fotosíntesis, hablamos de la Producción Primaria Bruta (PPB). Ahora bien, toda esta energía no

es la que se encuentra disponible para los consumidores dado que el productor utilizará parte

de esa energía en sus propios procesos (crecimiento, mantenimiento, metabólicos, pérdida de

calor, etc), a esto lo denominaremos Respiración. Cuando descontamos la respiración a la PPB

obtenemos la energía disponible para el sistema. Esta energía se denomina Producción

Primaría Neta (PPN). En pocas palabras:

PPN = PPB - RESPIRACIÖN


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Figura 18-13: Pirámide de energía.

Los seres vivos requieren un suministro permanente de energía para mantener su estructura y organización. La energía química almacenada en algunas moléculas biológicas es empleada por las células para su metabolismo, es decir, en el conjunto de reacciones químicas que ocurren en su interior. Gracias al metabolismo las células sintetizan los componentes que formaran parte de su estructura y que son necesarios para su funcionamiento. ¿Cómo se representa la transferencia de energía en el ecosistema?

Cuando construyes una cadena o trama trófica, puedes reconocer en ella los niveles de los organismos productores y de los distintos consumidores. Estos mismos niveles pueden ser representados en las pirámides ecológicas, que son representaciones graficas que muestran la energía, la biomasa, o el número de organismos existentes en cada nivel trófico. a. Pirámides de energía. Cuando los organismos emplean energía, tanto en sus funciones vitales como en sus actividades, disipan al ambiente parte importante de esta como calor. Además, una porción importante de energía queda retenida en moléculas que no son aprovechables por el siguiente nivel trófico. b. Pirámides de Biomasa. La decreciente cantidad de energía disponible en cada nivel trófico tiene consecuencias en la cantidad de biomasa presente en cada uno de ellos. Por eso, la cantidad de materia presente en cada nivel trófico tiene, en la mayoría de los casos, el mismo padrón que la cantidad de energía. Una excepción puede darse en los ecosistemas acuáticos, cuando el fitoplancton tiene altas tasas de productividad y de renovación, lo que provoca que la biomasa del nivel siguiente, el zooplancton, sea mayor, ya que cuenta con una mayor cantidad de recursos. En este caso la pirámide se grafica invertida.

Biomasa. Es una estimación de la cantidad de materia orgánica presente en un nivel trófico o un ecosistema. Suele expresarse en términos de gramos o kilogramos de materia orgánica por unidad de área, por ejemplo g/m2.

La regla del 10%: En general se estima que solo un 10% de la energía, aproximadamente, se transfiere de un nivel trófico al siguiente, lo que se conoce como la regla del 10%. Si en un nivel de los productores hay 50.000 Kcal/m2, los consumidores primarios dispondrán de 5000 Kcal/m2. Los secundarios de 500 Kcal/m2, y así sucesivamente.


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c. Pirámides de número. Las pirámides de número muestran la cantidad relativa de organismos individuales, presentes en cada nivel trófico. En algunos casos las pirámides de número no son iguales a las de energía y biomasa. En los bosques, por ejemplo, la cantidad de productores es inferior a la de consumidores primarios. Esto se debe a que es posible considerar a un solo árbol como un ecosistema, el cual sirve de hábitat y alimento muchos otros organismos, como aves, insectos, reptiles, etc.

Figura 18.14. Pirámides de biomasa

Figura 18.15. Pirámides numéricas para: a) un ecosistema de pradera gamonosa en la que el número de productores primarios (gramíneas) es grande y b) un bosque templado en el que un solo productor primario, un árbol, puede soportar a un número grande de herbívoros.


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Bioacumulación o amplificación biológica.

En los ciclos Biogeoquímicos también pueden ser captadas sustancias extrañas que, pasando de un organismo a otro, alcanzan concentraciones elevadas cuando se aproximan a la cima de la cadena alimentaria. Actividades humanas, como el empleo de pesticidas, la minería y la eliminación de aguas servidas en el océano u otros cursos de agua, pueden introducir al ambiente sustancias tóxicas que se transmiten a través de las redes tróficas de los ecosistemas. Como consecuencia, se produce el efecto de amplificación biológica o bioacumulación, que consiste en el aumento de la concentración de los tóxicos no degradables en los tejidos de los organismos, a medida que éstos se alejan del nivel de los productores. La acumulación se produce porque estas sustancias son difíciles o imposibles de eliminar una vez que han sido incorporadas en el organismo, y sus efectos son variados, pero siempre negativos. Esto es principalmente peligroso para los consumidores terciarios y cuaternarios, como los carnívoros y el ser humano, ya que cada vez que se alimentan van incorporando sustancias tóxicas en su cuerpo. El DDT es un pesticida que se empleó masivamente entre los años 50 y 60, cuando apareció como la solución para eliminar al mosquito de la malaria y para eliminar las plagas de insectos de las cosechas. El DDT acumulado en los animales tiene un efecto neurotóxico y provoca infertilidad. En las aves disminuye la absorción de calcio, provocando que sus huesos se vuelvan quebradizos y se rompan antes de que el polluelo eclosione.


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Desafío: Observa la pirámide de número que se

representa a continuación, y responde las preguntas

que se plantean en tu cuaderno de acuerdo a lo

aprendido

1. ¿Qué nivel trófico presenta más organismos? ¿Cuál presenta menos? 2 ¿Qué importancia tienen los flujos de materia y energía entre los niveles tróficos? 3. ¿Qué consecuencias tiene la bioacumulación de sustancias como el DDT en los niveles tróficos? 4. ¿Qué papel tiene el ser humano en la conservación de los ecosistemas?

18.7. Ciclos Biogeoquímicos

Los principales elementos químicos que constituyen la estructura de los seres vivos son: carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. A ellos se suman el fósforo, el hierro, el azufre, el calcio, el potasio y el cobre. El sol es el principal “motor” que permite el desplazamiento de la materia en la mayoría de los ecosistemas, ya que gracias a su energía es posible que los elementos químicos pasen desde los componentes abióticos del ambiente hasta los componentes bióticos, y de éstos nuevamente a los componentes abióticos. Se distinguen dos mecanismos a través de los cuales los elementos pasan desde los componentes bióticos a los abióticos. La primera de ellas es la excreción que realizan los animales, proceso que permite la incorporación de los elementos en sustancias inorgánicas. La segunda corresponde a la actividad de los organismos detritívoros, como descomponedores, que transforman la materia orgánica en inorgánica, pudiendo esta última ser reutilizada por los productores.

En el ecosistema la materia fluye de manera cíclica y no en forma lineal como lo hace la energía. Los ciclos Biogeoquímicos del fósforo, agua, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno, muestran el camino que sigue la materia en un ecosistema. Ciclo del fósforo

El fósforo es esencial para todos los sistemas vivos como componente de las moléculas portadoras de energía –tales como el ATP y también de los nucleótidos (DNA y RNA) –. Al igual que otros minerales, es liberado de los tejidos muertos por las actividades de los descomponedores, absorbido del suelo y del agua por las plantas y las algas, y circulado a través del ecosistema. En la naturaleza, el fósforo se encuentra principalmente en el suelo, en rocas minerales y sedimentos oceánicos, como fosfato inorgánico.

Detritívoros. Son organismos que digieren internamente detritos, que son residuos sólidos de materia orgánica muerta como los restos de animales y vegetales o sus desechos. Ejemplos: chanchitos de tierra, lombrices, almejas, jaibas, gusanos marinos, bacterias, protistas y hongos.


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Figura 18.16. Ciclo Biogeoquímico del Fósforo.

Ciclo del carbono y del oxígeno.

Los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, son moléculas orgánicas que tienen el carbono como elemento estructural básico. Por este motivo, su incorporación al mundo viviente es tan importante. Al igual que el carbono, el oxígeno forma parte de las moléculas orgánicas, y es clave en el proceso de respiración celular.

- Combustión. Este proceso generado en la actividad volcánica; los incendios forestales; y el uso del carbón, el petróleo y el gas natural; libera carbono a la atmósfera.

- Fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos incorporan el CO2 atmosférico, o el que esta disuelto en el agua, y lo utilizan para producir materia orgánica. Esta materia orgánica es “transportada” en el ecosistema, mediante las relaciones alimentarias. Durante la fase luminosa de la fotosíntesis la molécula de agua es descompuesta, los átomos de hidrógeno son empleados para construir moléculas que almacenan energía, mientras que el oxígeno es liberado al ambiente.

- Respiración. Parte de la materia orgánica fabricada por los productores y que transita entre los organismos del ecosistema, es utilizado en el proceso de respiración celular, producto del cual se obtienen formas de energía útiles para las células, y se libera CO2 al ambiente. Para llevar a cabo la respiración celular, los organismos aeróbicos utilizan O2, que al final del proceso queda contenido en la molécula de agua, compuesto que es empleado por los organismos o expulsado al ambiente.


231

Figura 18.18. Ciclo de fijación nitrógeno

- Descomposición de materia orgánica. Al morir los organismos, los descomponedores utilizan el carbono presente en sus moléculas orgánicas para realizar la respiración celular, y la devolución al ambiente como CO2.

- Combustibles fósiles. Estos compuestos, como el carbón y el petróleo, se formaron hace millones de años a partir de restos organismos. Al utilizarlos, se pone en circulación el carbono que llevaba millones de años retenido en ellos.

Ciclo del nitrógeno.

El nitrógeno es un elemento esencial para la formación de proteínas y del material genético de los seres vivos. Pese a su abundancia en la atmósfera (78%), solo algunos organismos pueden obtenerlo directamente de ella, como nitrógeno presente en el suelo gaseoso (N2), pero la mayoría lo hace del nitrógeno presente en el suelo. Para que esto último ocurra, el nitrógeno se combina con otros elementos, y así los organismos fotosintéticos pueden incorporarlo, en un proceso llamado asimilación, como amoniaco (NH3) y, principalmente, como nitrato (NO3

-). En las transformaciones requeridas para la formación de NH3 y NO3

- participan distintos tipos de bacterias.

- Fijación del nitrógeno. En este proceso participan bacterias aeróbicas y anaeróbicas fijadoras de nitrógeno. Estas bacterias tienen una enzima, llamada nitrogenasa, que en condiciones anaeróbicas transforma el nitrógeno gaseosos (N2) en amonio (NH3). Son ejemplos de bacterias fijadoras, las cianobacterias, que fijan el nitrógeno en ambientes acuáticos, y las del genero

Rhizobium, que viven en simbiosis con las leguminosas, formando agrupaciones en sus raíces.

- Amonificación. En este proceso intervienen las bacterias amonificantes o descomponedores, que trasforman los compuestos nitrogenados, presentes en los restos o en los desechos de organismos vivos, como la urea y el ácido úrico en amoniaco (NH3).

Figura 18.17. Ciclo Biogeoquímico del Carbono.


232

Figura 18.19. Ciclo Biogeoquímico del Nitrógeno

- Nitrificación. En este proceso participan las bacterias nitrificantes, que habitan en el suelo y transforman el amoniaco (NH3) en nitrato (NO3

-). Las bacterias llamadas nitrosantes, como los Nitrosomonas y Nitrococcus, transforman el NH3 en nitrato (NO2

-), y luego la bacteria Nitrobacter transforma el NO2

- en NO3

-. Este último compuesto puede ser absorbido por las raíces de las plantas.

- Desnitrificación. En este procesos intervienen las bacterias desnitrificantes, como Psedomonas y Bacillus, que habitan en el suelo y transforman el nitrato (NO3

-) en nitrógeno gaseoso (N2), devolviéndolo a la atmósfera.

. Ciclo del agua.

La mayor parte de la masa corporal de cualquier ser vivo corresponde a agua, compuesto fundamental para la ocurrencia de todas las reacciones que permiten la vida.

- Condensación. El vapor de agua que asciende a la atmosfera se enfría y forma las nubes. - Precipitación. Al saturarse de agua las nubes esta cae a la tierra en forma de lluvia, nieve o

graniza. - Escorrentía. El agua proveniente de la lluvia o de los desechos, que queda sobre la

superficie terrestre, circula libremente hasta llegar a los ríos, lagos o al mar.

- Percolación. Parte del agua que cae a la tierra se filtra a través del suelo, formando reservas de agua subterránea.

- Procesos biológicos. Los seres vivos devuelven al

ambiente parte del agua que ingieren para realizar sus funciones vitales. Las plantas lo hacen mediante la transpiración; los animales a través del sudor, la orina y el vapor de agua liberado al espirar.

Figura 18.20. Ciclo Hidrológico.


233

- Evaporación. El agua de la superficie de lagos, ríos y mares se evapora, producto de la energía calórica.

Preguntas PSU

1. El nitrógeno es absorbido por las raíces de las plantas principalmente en forma de:

A) Nitrato.

B) Nitrito.

C) Nitrógeno orgánico.

D) Amoniaco.

E) Nitrógeno inorgánico. 2. Las siguientes reacciones exergónicas:

2H2S + O2 2H2O + 2S 4FeCO3 + 6H2O + O2 4Fe (OH)3 + 4CO2

2HNO2 + O2 2HNO3 Son características de los organismos: A) Heterótrofos. B) Fotosintetizadores. C) Quimiosintetizadores. D) Descomponedores. E) Oxidantes.

3. ¿Qué consecuencia(s) directa(s) tendría en una planta, la inhibición de la etapa oscura de la fotosíntesis? I) No existiría rompimiento de la molécula de agua. II) No se observaría oxígeno como producto final. III) No ocurriría etapa clara de fotosíntesis. IV) Se detendría la formación de glucosa. A) Solo I. B) Solo IV. C) Solo II y III. D) Solo I y IV. E) I, II, III, IV.

4. La siguiente figura muestra el flujo de energía en una trama alimentaria:

La clasificación correcta del tipo de alimentación de las aves es: A) Herbívora. B) Saprófita. C) Carroñera. D) Omnívora. E) Carnívora. 5. Considere el siguiente gráfico de resultados experimentales, obtenidos con células vegetales:

Los datos de este gráfico, indican que A) el ATP se produce en los vegetales sólo cuando hay luz. B) la mayor parte del ATP en vegetales se produce por fotosíntesis. C) la clorofila es esencial para la fotosíntesis. D) el agua en la fuente del O2 producido por la fotosíntesis. E) en la oscuridad se detienen los procesos de biosíntesis.


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Me Debería importar: El petróleo es el oro negro, toda la actual sociedad gira en torno a este combustible que no solo nos permite movilizarnos y cargar nuestro aparatos eléctricos, sino que también ha sido sindicado como uno de los mayores culpables del calentamiento global dado sus altas liberaciones de Carbono a la atmosfera. ¿Por qué crees que a pesar de ser sindicado como el culpable de las altas emisiones de carbono, no se esté destinando grandes recursos económicos en buscar otras soluciones al petróleo? ¿Cómo altera el uso de combustibles fósiles al ciclo del carbono? Si tuvieras la tarea de desarrollar una política para que Chile enfrente el cambio climático mundial durante los próximos 50 años, ¿qué propondría?


235


236

Capítulo 19: Poblaciones y Comunidad Objetivos:

- Comprender a una población desde sus características propias tales como la densidad, dispersión, crecimiento, estilo de vida, nicho y hábitat.

- Analizar como los factores tanto denso dependientes y denso independiente afectan a las poblaciones.

- Entender las relaciones que pueden darse entre diferentes poblaciones dentro de una comunidad.

- Describir el proceso sucesión ecológica.

Introducción

Vivimos en el planeta tierra, somos parte de él, así como lo son el perro, el león, el búho, el salmón, una bacteria, un hongo; todos somos parte de este planeta llamado tierra y tantas veces lo olvidamos. La mayoría de nosotros considera individuo a un amigo, un árbol, una margarita en un campo, una ardilla en el parque, o un gorrión que tiene su nido en el patio. En pocas ocasiones consideramos a cada uno como parte de una unidad mayor: de una población. 19.1. La población es un grupo de individuos de la misma especie

El término población tiene muchos significados y usos diferentes, para los biólogos y ecólogos tiene una definición concreta. Una población es un grupo de individuos de la misma especie que habitan en una determinada zona. Esta definición tiene dos rasgos muy importantes. Primero, al requerir que los individuos sean de la misma especie, la definición sugiere el potencial (en organismos de reproducción sexual) de reproducción de los miembros de la población. Como tal, la población es una unidad genética. Define su pool genético, el foco de evolución. En segundo lugar, la población es un concepto espacial, que requiere un límite espacial definido; por ejemplo, la población reproductiva de la paloma que vive en la plaza de armas. Al observar una población uno puede percatarse de ciertos rasgos distintivos, algunos de ellos son: 1.- Densidad de población es el número de individuos de una especie por unidad de área o volumen en un momento dado. 2.- Distribución espacial: Los individuos en una población a menudo exhiben patrones característicos de distribución, o espaciamiento. Los individuos pueden ser separados en una distribución aleatoria, agrupada o uniforme.

a.- La distribución aleatoria ocurre cuando los individuos en una población son separados a lo largo de un área de manera que no están relacionados con la presencia de otros De los tres tipos principales de espaciamiento, la aleatoria es la menos común y difícil de observar en la naturaleza, lo que ha llevado a algunos ecólogos a cuestionar su existencia.


237

b.- Quizá el espaciamiento más común es la distribución agrupada, también conocida como distribución agregada o agregación, que ocurre cuando los individuos están concentrados en partes específicas del hábitat. El espaciamiento agrupado a menudo resulta de la agregación de recursos en el ambiente. También ocurre entre animales debido a la presencia de grupos familiares y parejas, y entre plantas debido a la dispersión limitada de semillas o a la reproducción asexual.

c.- La distribución uniforme ocurre cuando los individuos están distanciados de manera más regular de lo que podría esperarse en una ocupación aleatoria de cierto hábitat. Una colonia de anidación de aves marinas, donde las aves hacen sus nidos en un ambiente relativamente homogéneo y los colocan a una distancia más o menos igual uno de otro, es un ejemplo de distribución uniforme.

3.- Dinámicas de crecimiento: El crecimiento de una población, sea de girasoles, elefantes o humanos, cambia con el tiempo. A escala mundial, este cambio termina por ser provocado por dos factores, expresados sobre una base per cápita (es decir, por individuo): la natalidad, la tasa de nacimientos promedio per cápita, y la mortalidad, la tasa de muertes promedio per cápita.

Además de las tasas de nacimiento y mortalidad, cuando se analizan cambios en poblaciones a escala local es necesario considerar la dispersión, que es el movimiento de individuos entre poblaciones. Hay dos tipos de dispersión: inmigración y emigración. La inmigración ocurre cuando a una población entran individuos, incrementando así su tamaño. La emigración ocurre cuando de una población salen individuos, disminuyendo así su tamaño. La tasa de crecimiento de una población local debe tomar en cuenta la tasa de natalidad (b), la tasa de mortalidad (d), la tasa de inmigración (i) y la tasa de emigración (e). Las poblaciones pueden alcanzar sus potenciales bióticos si las condiciones ambientales son óptimas, esto quiere decir que cualquier población puede llegar al máximo nivel de reproducción si la resistencia ambiental (condiciones que impone el ambiente para inhibir o regular el crecimiento de una población) es mínima o nula.

El modelo de crecimiento poblacional típico de poblaciones con alto potencial biótico y donde no hay factores ambientales limitantes, es exponencial (su gráfica resulta en una curva de crecimiento en “J”), que se caracteriza por un rápido aumento del número de individuos. Son ejemplos de este tipo: el crecimiento de microorganismos en el laboratorio, con constante renovación del medio de cultivo, insectos, roedores (plagas).


238

Figura 19.1. Representación visual de las

dinámicas de crecimiento.

En la naturaleza, muchas poblaciones presentan un crecimiento exponencial sólo en la primera parte de su fase de crecimiento, ya que el ambiente limita sus capacidades de expresión. Este conjunto de factores ambientales que limitan el crecimiento poblacional se denomina resistencia ambiental (por ejemplo: escasez de alimento, de espacio, de oxígeno, luz, etc.). Esta resistencia determina la capacidad de carga (K), que corresponde al número total de individuos que es capaz de soportar el ambiente. La curva que describe este tipo de crecimiento se conoce como crecimiento logístico o sigmoideo (S).

En el crecimiento logístico, hay una fase inicial en la que el crecimiento de la población

es relativamente lento (1), seguido de una fase de aceleración rápida (crecimiento logarítmico) (2). Luego, a medida que la población se aproxima a la capacidad de carga del ambiente, la tasa de crecimiento se hace más lenta (3 y 4) y finalmente se estabiliza (5), aunque puede haber fluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.

A B

Desafío: Elabora una ecuación sencilla que

permita determinar el crecimiento de una

población cualquiera a partir de los

factores que influyen sobre el tamaño de

una población. (Ayuda: Dinámicas de

crecimiento)

Figura 19.2. Gráficos donde se representa los dos estilos de crecimiento

poblacional. A) Exponencial y B) Logístico


239

19.2. Los factores dependientes e independientes de la densidad afectan el tamaño de la población.

Independiente del tipo de crecimiento que se experimente, es importante considerar que

ciertos mecanismos naturales influyen en el tamaño de la población. Los factores que afectan el tamaño de la población caben en dos categorías: factores dependientes de la densidad y factores independientes de la densidad. Estos dos conjuntos de factores varían en importancia de una especie a otra y, en la mayoría de los casos, es probable que interactúen de manera simultánea para determinar el tamaño de una población.

Los factores dependientes de la densidad regulan el crecimiento de la población al afectar a una gran proporción de la población a medida que la densidad de población crece. La depredación, las enfermedades y la competencia son ejemplos de estos factores. Por ejemplo, los depredadores pueden encontrar con mayor facilidad una presa cuando la densidad de la población es mayor. Por otro lado, la probabilidad de contagio de alguna enfermedad infecciosa es mayor en una población cuando los miembros de esta son más abundantes. Los efectos de los factores dependientes de la densidad son difíciles de evaluar en la naturaleza

Los factores independientes de la densidad limitan el crecimiento de la población pero no son influidos por cambios en la densidad de población. Los huracanes y las tormentas de nieve son ejemplos de estos factores, pues en general suelen asociarse a elementos abióticos, como el clima.

Desafío: Explica de que forma el siguiente enunciado se cumple: “Los factores dependientes de la densidad pueden explicar las razones por las que ciertas poblaciones fluctúan cíclicamente con el tiempo” 19.3. Las poblaciones de diferentes especies llevan a cabo estrategias de vida distintas unas de otras.

Las Estrategias de vida Corresponden al conjunto de las características que influirán principalmente en la supervivencia y en la reproducción de un tipo de organismo y que a la larga determinará su “forma de adaptarse” al ambiente. Cada población, de acuerdo a su ambiente y dinámicas propias ha desarrollado una estrategia de vida. Los científicos han agrupado estas estrategias en dos tipos, las estrategias r y las K. Aunque hay que considerar que Las dos estrategias simplifican exageradamente la mayoría de las historias de vida, muchas especies combinan rasgos seleccionados, así como rasgos que no pueden ser clasificados como ninguno de los dos.

- Estrategia r: En ambientes que presentan condiciones muy variables o irregulares,

generalmente operan factores independientes de la densidad de la población, que regulan el tamaño de esta. Bajo tales condiciones ambientales, las poblaciones frecuentemente son poco densas y, en consecuencia, la competencia no es tan intensa. Por esto, las poblaciones presentan estrategias de reproducción que consiste, a menudo, en producir muchos descendientes en poco tiempo, ya que como existe poca competencia, los individuos de la progenie pueden sobrevivir incluso si son muy pequeños y, por lo tanto, son “menos costosos de producir”, bajo un punto de vista energético. Esta estrategia se he denominado estrategia r debido a que los organismos que la presentan tienen una elevada tasa de crecimiento poblacional (r).


240

- Estrategia K: En los ambientes más regulares o estables, generalmente las densidades

de la población fluctúa menos, con lo que se ven favorecidos los organismos que son más capaces de enfrentar la fuerte competencia intraespecífica, que se genera por las altas densidades. Bajo estas condiciones, muchas especies presentan la estrategia K, que consiste en dedicar más energía a la competencia y a producir descendientes con mejores capacidades competitivas, lo que requiere que sean de mayor tamaño y, por lo tanto, energéticamente más “costosos”. Esto determina una menor cantidad de descendientes. Las especies que manifiestan este tipo de estrategias tienen pocas crías, pero invierten mucha energía en su desarrollo, antes del nacimiento, y en su protección, una vez que han nacido.

Características Estrategia r Estrategia K

Descendencia Mucha Poca Inversión en el cuidado de las crías Baja Alta

Longevidad Corta Larga Reproducción Temprana Tardía

Tamaño corporal Pequeño Grande

Tamaño poblacional Variable Estable

Competencia intraespecífica Débil Intensa.

19.4. Una comunidad es un conjunto de poblaciones que interactúan entre sí

Una comunidad consta de poblaciones que viven en el mismo sitio al mismo tiempo. Los ecólogos de comunidades se centran en cuestiones concernientes al número de especies, la abundancia relativa de cada una, la interacción entre ellas y la resistencia de la comunidad a las perturbaciones ambientales.

Las comunidades exhiben características propias que no ocurren en las poblaciones. Estas propiedades, conocidas en conjunto como estructura comunitaria y funcionamiento comunitario, incluyen el número y los tipos de especies presentes, la abundancia relativa de cada una, la interacción entre especies diferentes, la resistencia de la comunidad a las perturbaciones, el flujo de energía y nutrientes por toda la comunidad, y la productividad.

Las comunidades son bastante difíciles de estudiar porque un gran número de individuos de muchas especies diferentes interactúan entre si y son interdependientes de varias maneras. Las Se cree que cada especie tiene su propio papel ecológico dentro de la estructura y funcionamiento de una comunidad; dicho papel se denomina nicho ecológico. Un nicho ecológico considera todos los aspectos bióticos y abióticos de la existencia de la especie; es decir, todos los factores físicos, químicos y biológicos que las especies requieren para sobrevivir, permanecer sanas y reproducirse. El nicho incluye el ambiente local en que vive una especie: su hábitat.

El nicho ecológico de una especie es mucho más amplio desde un punto de vista hipotético que real. Una especie suele ser capaz de usar muchos más de los recursos de su ambiente o de vivir en una variedad de hábitats más amplia de los que realmente habita. El nicho ecológico potencial de una especie es su nicho fundamental, pero varios factores, como la competencia con otras especies, pueden excluirla de parte de su nicho fundamental. Así, el estilo

Tabla 19.1. Estrategia r v/s K


241

Figura 19.4. Consecuencia de la competencia

es la repartición de los recursos. Las aves

realizan el forrajeo en lugares específicos del

árbol.

de vida que una especie persigue realmente y los recursos que verdaderamente usa constituyen su nicho realizado.

La competencia puede ser intraespecífica o interespecífica La competencia ocurre cuando dos o más individuos intentan usar el mismo recurso esencial, como comida, agua, abrigo, espacio vital o luz solar. Debido a que el suministro de recursos a menudo está limitado en el ambiente, su uso por un individuo disminuye la cantidad disponible para otros. Por ejemplo, si un árbol en un bosque denso crece más alto que los arboles circundantes, absorbe más de la luz solar entrante. En consecuencia, hay menos luz solar disponible para los arboles próximos que crecen a la sombra del árbol más alto. La competencia ocurre entre los individuos de una población (competencia intraespecífica) o entre especies diferentes (competencia interespecífica). Una consecuencia de la competencia es la

repartición de los recursos. En otros casos puede

llegar a la desaparición de uno de las especies.

Figura 19.3. En ausencia de interacciones con otras especies, un organismo ocupa su nicho

fundamental. En presencia de competencia interespecífica, el nicho fundamental se limita a un nicho

efectivo, que son las condiciones bajo las cuales un organismo realmente existe. Cuando dos

organismos diferentes usan una parte del mismo recurso, como el alimento, sus nichos se solapan.

Una especie comprime o cambia su nicho cuando la competencia le obliga a restringir su tipo de

alimento o hábitat.


242

La depredación es el consumo de una especie, la presa, por otra, el depredador. La depredación incluye animales que comen otros animales, así como animales que comen plantas (herbivoría). La depredación ha resultado en una “carrera por las armas” evolucionista, con la evolución de estrategias depredatorias (formas más eficaces para atrapar presas) y estrategias de presa (mejores formas de escapar del depredador). Estas adaptaciones, a su vez, ejercen una intensa fuerza selectiva sobre el depredador. Este tipo de evolución interdependiente de dos especies interactuantes se conoce como coevolución Desafío: a partir del gráfico que muestra la relación Depredador-Presa, explica dicha relación (desfase en las curvas) a través del tiempo y señala si consideras que si se muestra a un buen o mal depredador. 19.5. La simbiosis implica una asociación estrecha entre especies

La simbiosis es cualquier relación o asociación estrecha entre miembros de dos o más especies. En términos generales, la simbiosis implica una especie que vive sobre o dentro de otra especie. Los compañeros de una relación simbiótica, denominados simbiontes, pueden beneficiarse, no ser afectados o sufrir daño por la relación

El mutualismo es una relación simbiótica en la que ambos

participantes se benefician. El mutualismo es obligado (esencial para la supervivencia de ambas especies) o facultativo (cada participante puede vivir por sí solo en ciertas condiciones). Por ejemplo, la asociación entre las bacterias fijadoras de nitrógeno del género Rhizobium y las legumbres (plantas como chicharos, frijoles y trébol)

El comensalismo es un tipo de simbiosis en el que una especie se beneficia y la otra no es dañada ni ayudada. Un ejemplo es la relación entre un árbol huésped y sus epifitas, que son plantas más pequeñas, como orquídeas, helechos y musgos sujetos a las ramas del huésped La epifita se ancla al árbol pero no obtiene nutrientes o agua directamente de este. Vivir en el árbol le permite obtener luz adecuada, agua (como gotas de lluvia que escurren por las ramas) y minerales necesarios (deslavados de las hojas del árbol por la lluvia). Así, la epifita se beneficia de la asociación, mientras el árbol permanece sin cambio aparente. Sin embargo, las epifitas dañan a su huésped si están presentes en un número suficientemente grande para bloquear la luz solar hacia las hojas del huésped; en este caso, la relación ya no es comensalismo.


243

Figura 19.5. Especie clave v/s especie

dominante.

El parasitismo es una relación simbiótica en la que un miembro, el parásito, se beneficia, mientras el otro, el huésped, es afectado de manera adversa. El parasito obtiene alimento de su huésped. Un parasito rara vez mata directamente al huésped, aunque puede debilitarlo, haciéndolo más vulnerable a los depredadores, competidores y estresantes abióticos. Cuando un parásito provoca una enfermedad y algunas veces la muerte del huésped, se denomina patógeno.

El amensalismo es una interacción en la cual un animal es perjudicado y el otro no se ve

afectado. Ejemplo son los arbustos y las plantas herbáceas a menudo son dañados por las ramas

que caen de los árboles altos.

19.6. La estructura de una comunidad se ve controlada fuertemente por especies claves y dominantes

Ciertas especies, denominadas especies clave, son cruciales en la determinación de la naturaleza de toda la comunidad; es decir, su composición de especies y el funcionamiento del ecosistema. Las especies clave no suelen ser las más abundantes en la comunidad. Aunque están presentes en cantidades relativamente pequeñas, los individuos de una especie clave influyen de manera profunda en toda la comunidad porque a menudo afectan la cantidad de comida y agua disponible, o algún otro recurso. Así, el impacto de las especies clave es bastante desproporcionado con respecto a su abundancia. La identificación y protección de las especies clave son dos metas cruciales de la biología de conservación. Si una especie clave desaparece de una comunidad, muchas otras especies en dicha comunidad podrían volverse más comunes a raras, e inclusive desaparecer.

En contraste con las especies clave, que tienen un mayor impacto sin importar la proporción

de su abundancia, las especies dominantes afectan bastante a la comunidad porque son muy comunes. Los árboles, la especie dominante de los bosques, modifican el ambiente local. Los arboles proporcionan sombra, lo cual cambia la disponibilidad de luz y humedad en el piso del bosque. Los arboles proporcionan numerosos hábitats y microhábitats (como un hueco en el tronco de un árbol) para otras especies. Los bosques de árboles también proporcionan comida para muchos organismos, por lo que desempeñan un papel importante.

En pocas palabras las especies

dominantes y las especies clave tienen amplios efectos comunitarios sobre el flujo de energía y la estructura de la comunidad: las especies dominantes debido a su gran biomasa o abundancia y las especies clave a pesar de su biomasa o abundancia relativamente pequeña.


244

Figura 19.6. Representación de una sucesión. Las

sucesiones primarias y secundarias pueden llegar a

tomas cientos de años. La sucesión puede darse en

sentido inverso y se denominan regresión.

19.7. La comunidad se construye a partir del proceso llamado sucesión Una comunidad no cobra existencia en plena florescencia, sino que se desarrolla gradualmente a través de una serie de etapas, cada una dominada por diferentes organismos. El proceso de desarrollo de la comunidad a lo largo del tiempo, lo cual implica que las especies en una etapa sean sustituidas por especies diferentes, se denomina sucesión.

Existen dos tipos de sucesión según el tipo de suelo o sustrato a partir del cual se inicia: Sucesión Primaria: Este tipo de sucesión parte de una situación en la que no hay

suelo, tal como ocurre en los terrenos erosionados, dunas de arena, rocas desnudas, lava volcánica, y después del desplazamiento de un glaciar.

Sucesión Secundaria: Ocurre en forma relativamente rápida porque se inicia sobre un suelo desarrollado maduro, donde existió previamente una comunidad como campos abandonados, bosque talado y áreas después del fuego.

El primer estado de la sucesión, que contiene a los primeros colonizadores se llama etapa pionera. Los subsecuentes estados se llaman etapas seriales. Pueden ser comunidades más o menos distinguibles con sus propias estructuras, características y composición de especies. Cada estadio puede durar breves períodos o persistir durante años, por ejemplo sólo después de muchos años los arbustos consiguen profundizar el suelo y lo dejan apto para soportar el crecimiento de los árboles. Eventualmente la comunidad alcanza un equilibrio con el ambiente en el cual las plantas y los animales forman una comunidad autosustentable, denominada comunidad clímax.

Me debería importar: En las tiendas de animales del país se pueden comprar una variedad de peces, aves, reptiles y mamíferos no autóctonos. Describe algunas de las situaciones en las cuales este comercio de mascotas podría poner en peligro a las plantas y los animales nativos. ¿Debe el gobierno regular el comercio de mascotas? ¿Cómo compensaría este tipo de regulaciones con los derechos de las personas?


245

Preguntas PSU

1. ¿Cuál de las siguientes alternativas es correcta?

Una comunidad es un conjunto de individuos de la misma especie. Los depredadores representan un factor dependiente de la densidad poblacional. Las bacterias presentan un crecimiento tipo S. Las poblaciones siempre se distribuyen al azar en el ambiente. El clima es un factor dependiente de la densidad.

2. La tabla siguiente muestra a cuatro especies de depredadores silvestres de Chile y tres de sus características más importantes. De acuerdo a esta tabla, ¿cuál es la especie que tiene un nicho ecológico más divergente de las demás?

Puma Zorro Águila Búho

Dieta Roedores Conejos Ovejas

Roedores Conejos Insectos

Roedores Conejos

Roedores

Actividad Diurna y nocturna

Diurna y nocturna

Diurna Nocturna

Hábitos Terrestre Terrestre Volador Volador

Puma. Zorro. Búho. Águila. Todas son igualmente divergentes

3.Si una laguna fuera contaminada con DDT, ¿En cuál de

los organismos este compuesto alcanzaría la mayor

concentración?

Algas.

Crustáceos.

Aves acuáticas carnívoras.

Peces herbívoros.

Peces carnívoros.

4. En un experimento se introdujeron 20 roedores herbívoros (10 machos y 10 hembras) en una isla que no tenía vertebrados, pero sí abundante vegetación. Los resultados asociados a los cambios en el número de individuos de la especie del roedor se observan en el siguiente gráfico:

5. En relación con el gráfico, ¿cuál de las

siguientes aseveraciones es INCORRECTA?

La regulación poblacional está dada por factores densodependientes. La causa más probable de mecanismo de control debió ser la competencia intraespecífica. Hasta el año 2000 se registró un tipo de crecimiento logístico. La población finalmente se extinguirá. No es posible predecir cuál será la nueva capacidad de carga.

6. ¿Cuál de las siguientes entidades ecológicas incluye a las otras cuatro?

A) Población. B) Especie biológica. C) Medio abiótico. D) Comunidad biótica. E) Ecosistema.


246

Glosario

Adenosín difosfato (ADP): Un nucleótido compuesto por

adenina, ribosa y dos grupos fosfatos, formado por la eliminación de un fosfato de una molécula de ATP. ADN (DNA): Macromolécula portadora de la información

genética en las células, compuesto por dos cadenas complementarias de moléculas llamadas nucleótidos

enrolladas en una doble hélice, capaz de autorreplicarse y de dirigir la síntesis de RNA. Aeróbico: (contexto) Reacciones que ocurren en

presencia de oxígeno. Alelos: Cada una de las alternativas que puede tener

un gen o formas alternas de un gen, que ocupan el

mismo locus (lugar) en cada cromosoma homólogo. AMP cíclico: Forma de adenosín monofosfato (AMP) en la

cual los átomos del grupo fosfato forman un anillo. Funciona como "segundo mensajero” para muchas hormonas y neurotransmisores de los vertebrados.

Anaeróbico: (contexto) Reacciones que ocurren en ausencia de oxígeno.

Aneuploidías: Es la alteración al número normal de

cromosomas que afecta a un organismos pudiéndole provocar enfermedades genéticas. Angiogénesis: Proceso fisiológico que consiste en la

formación de vasos sanguíneos nuevos a partir de los vasos preexistentes. Es un fenómeno normal durante el desarrollo embrionario, el crecimiento del organismo y en

la cicatrización de las heridas. Sin embargo también en un proceso fundamental en la transformación maligna del crecimiento tumoral.

Antiapoptótico: Sustancia o mecanismo que contrarresta la apoptosis y favorece la aparición y progresión del

cáncer. Muchos de los genes que participan en la génesis del cáncer son antiapoptóticos. Anticuerpos: Son proteínas que circulan por todo el

organismo, y su función es la de ofrecer defensa contra los múltiples patógenos que atacan el cuerpo.

Antimitótico: Fármaco que impide la división y

crecimiento de células. Antineoplásico: Fármaco que inhibe o previene el

desarrollo del cáncer porque evita el crecimiento de las células tumorales. Apoptosis: Muerte celular programada de células sanas.

Regeneración natural de las células. Se piensa que nuestro organismo se deshace de muchos cánceres

incipientes, que jamás llegan a prosperar, mediante este mecanismo. Las células del cáncer son resistentes a la apoptosis.

Asbestosis: Enfermedad pulmonar intersticial producida

por la inhalación de fibras de asbesto. ATP: Molécula que almacena la energía utilizada en la

respiración celular en sus enlaces fosfatos. Es la molécula que la célula utiliza para obtener energía y llevar a cabo

sus funciones metabólicas. Autosoma: Cualquier cromosoma que no sea un

cromosoma sexual. Los seres humanos tienen en sus células 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales.

Autótrofo: Organismo que sintetiza compuestos

orgánicos complejos a partir de materia prima inorgánica simple, también llamado Productor o Productor primario.

Biocenosis: También llamada comunidad ecológica o

biótica. La biocenosis es una comunidad o un conjunto de poblaciones de distintas especies, las cuales habitan en un lugar geográfico determinado y están influenciados por factores físicos como lo son la luz, la

humedad, la temperatura, etc. Biotopo: Lugar físico o espacio geográfico con elementos

abióticos que proporcionan las condiciones para la vida de las distintas especies. BRCA2: Gen supresor de tumores localizado en el

cromosoma 13. Responsable de aproximadamente el 35%

de casos de incidencia familiar múltiple. Se asocia también con cáncer de mama en varones, cáncer ovárico, prostático y pancreático. Cadena trófica: La materia y la energía circulan en los

ecosistemas en forma de relaciones tróficas (relaciones alimentarias), que se producen entre los organismos,

vivos o muertos. Se representan mediante cadenas tróficas, en las que cada organismo ocupa una posición llamada eslabones o niveles tróficos.

Caloría: La cantidad de energía en forma de calor que se necesita para elevar la temperatura de un gramo de agua

en 1 °C; al hacerse mediciones metabólicas, se usa generalmente la kilocaloría. Una kilocaloría es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un

kilogramo de agua en 1 °C. Cáncer: Conjunto de síntomas de pronóstico y

tratamiento diferente, que se caracteriza por la proliferación acelerada, desordenada y descontrolada de las células de un tejido que invaden, desplazan y destruyen, localmente y a distancia, otros tejidos sanos

del organismo. Capacidad de carga: Población máxima que un

determinado habitad puede soportar y mantener durante un periodo indefinido, asumiendo que no hay cambios en el ambiente.


247

Carcinogénesis: Origen y formación de un tumor

canceroso, a través de la proliferación incontrolada de células.

Cariotipo: Identificación y ordenamiento sistemático de los pares cromosómicos.

Célula eucarionte: Célula que tiene un núcleo rodeado

por membrana, organelos rodeados por membrana y cromosomas en los que el DNA está combinado con proteínas histónicas. Célula procarionte: Célula que carece de núcleo y

organelos limitados por membrana.

Célula: La unidad estructural y funcional de los organismos vivos, rodeada por una membrana y

compuesta por citoplasma. En la mayoría de las plantas, hongos y bacterias hay una pared celular por fuera de la membrana.

Células de Leydig: Son células ubicadas en el interior de los testículos. Y su función es la de producir la hormona

testosterona. Células de Sertoli: Son células ubicadas en el interior de

los testículos, en los túbulos seminíferos. Su función es la de estimular la espermatogénesis y a la vez ser un soporte estructural y funcional para ella. Estas células

nutren y protegen a los precursores de los espermatozoides. Por ello se les conoce como células nodrizas. Celulosa: El constituyente principal de la pared celular en

todas las plantas y algunos protistas; un carbohidrato

complejo insoluble, formado por microfibrillas de moléculas de glucosa. Centriolo: Estructura citoplasmática semejante a un

cuerpo basal; las células flageladas y todas las células animales, incluidas las que carecen de flagelos, tienen

centriolos en los polos del huso durante la división. Centro Organizador de microtúbulos: Es un lugar

especializado en la célula vegetal donde se comienzan a formar los microtúbulos del huso mitótico. Centrómero: Región de constricción del cromosoma que

mantiene a las cromátidas hermanas unidas. Centrosoma: Estructura de localización central que

constituye el centro organizador de microtúbulos

primario y actúa como polo del huso durante la mitosis y meiosis. En células animales el centrosoma contiene un par de centriolos. CGP: También conocidas como células germinales

primordiales, son células producidas en la etapa

embrionaria (cuarta a quinta semana). Estas son las precursoras de los gonios. En los machos se encuentran

dividiendo durante toda la vida del individuo, mientras que en las hembras sólo se dividen en la etapa embrionaria.

Cianobacterias: Microorganismos procariontes

fotosintéticos que poseen clorofila y producen oxígeno durante la fotosíntesis. Anteriormente conocidas como algas verde azules. Ciclinas: Proteínas cuya concentración y actividad varía

en cada etapa del ciclo celular. Gran parte de los eventos

del ciclo celular están regulados por las ciclinas. Los desarreglos de las ciclinas forman parte de muchos fenómenos de carcinogénesis. Ciclo biogeoquímico: Proceso por el cual la materia

circula del mundo vivo al entorno físico inanimado y de

vuelta. p.ej., el ciclo del carbono, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del fosforo. Cinetocoro: Estructura proteica en forma de disco

asociada con el centrómero, a la que se unen las fibras del huso durante la mitosis o la meiosis. Cito I: Es el nombre que reciben las células provenientes

de las gonias, cuando realizan una variedad de cambios

incluida la duplicación de su material genético. Ejemplo: Espermatocito I Cito II: Es el nombre de las células que resultan de la

meiosis I su configuración es n, 2c. En el caso de la ovogénesis, solamente una célula es un cito II.

Citocromos: proteínas mitocondriales que forman parte de la cadena transportadora de electrones.

Citoesqueleto: Red de estructuras proteicas

filamentosas dentro del citoplasma que mantiene la configuración de la célula, fija sus organelos e interviene en la movilidad celular; incluye microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.

Citólisis: Destrucción de las células animales por un

ingreso de agua. Este fenómeno se da en un ambiente extracelular hipotónico. Citosol: Contenido del citoplasma, excluidas los organelos

delimitadas por membranas como las mitocondrias y el retículo endoplasmático.

Clorofila: Molécula de pigmento verde, a base de Carbonos y Magnesio, que actúa como receptor de la

energía lumínica en la fotosíntesis. Cloroplasto: Organelo limitado por una membrana doble y

con su propio material genético; en este organelo tiene lugar la fotosíntesis en los eucariontes (algas y plantas). Complejo sinaptonémico: Estructura proteica que une

las cromátidas no hermanas siendo un efecto similar al de

una cremallera. Compuesto: Sustancia química compuesta por dos o más

tipos de átomos en proporciones definidas.


248

Comunidad: Asociación de poblaciones de diferentes

especies que viven juntas en un hábitat definido con un cierto grado de interdependencia.

Corteza suprarrenal que actúan sobre el metabolismo de electrolitos y el agua.

Crecimiento exponencial: Aceleración de la tasa de

crecimiento de la población que se produce cuando las condiciones óptimas permiten una tasa de crecimiento constante per cápita. Crecimiento logístico: Crecimiento poblacional que

inicialmente se da a velocidad constante (es decir,

exponencial) pero, a continuación, se nivela al acercarse la capacidad de carga del ambiente. Crenación: Pérdida de volumen de las células animales

por una salida de agua. Este fenómeno se da en un ambiente extracelular hipertónico.

Cromátida hermana: Cualquiera de las dos cadenas de un cromosoma replicado, unida por su centrómero.

Cromatina: Complejo de DNA y proteínas histónicas y no

histónicas que componen a los cromosomas eucariontes; se tiñe intensamente. Cromosoma: Estructura que lleva los genes. Los

cromosomas eucariontes son filamentos o bastones de cromatina que aparecen contraídos durante la mitosis y la

meiosis y que en otros momentos están contenidos en un núcleo. Los cromosomas procariontes consisten en un círculo de DNA con el que se asocian varias proteínas. Los cromosomas virales son moléculas lineales o circulares

de DNA o RNA. Cromosomas homólogos: Cromosomas que se aparean

durante la meiosis. Poseen igual longitud, posición del centrómero y comparten los mismos genes. La excepción son los heterocromosomas X e Y que no comparten las

características anteriores pero sí se consideran homólogos por aparearse en la meiosis.

Cromosomas no homólogos: Cromosomas que no se

aparean durante la meiosis. Poseen diferente longitud, posición de centrómero y no comparten los mismos genes. Ejemplo: en seres humanos el cromosoma 1 con cualquier otro cromosoma diferente.

Cromosomas sexuales: Cromosomas que son diferentes

en los dos sexos y que contienen genes que intervienen en la determinación sexual. Crossing-over: Proceso por el cual las cromátidas

unidas por el complejo sinaptonémico en las tétradas, intercambian material genético, garantizando la

variabilidad genética. Ocurre en el paquiteno de la profase I.

Cuerpo lúteo: También llamado cuerpo amarillo, es una

estructura que se forma en el ovario, posterior a la ovulación. Su función es la de producir las hormonas

esteroideas, especialmente la progesterona, para cumplir con el ciclo femenino. En caso de embarazo, su función se prolonga los primeros 3 meses, hasta que la placenta sintetiza sus propias hormonas.

Defensa específica: Es el conjunto de mecanismos que

encarga de reconocer y eliminar a un patógeno en específico y a ningún otro. Densidad poblacional: Número de individuos de una

especie por unidad de área o de volumen en un momento determinado.

Descomponedores: Heterótrofos microbianos que descomponen materia orgánica muerta y utilizan los

productos de descomposición como fuente de energía. También llamados saprótrofos o saprobiontes. Desnaturalización: La pérdida de la configuración

original de una macromolécula que resulta, por ejemplo, del tratamiento con calor, cambios extremos de pH,

tratamiento químico u otros agentes desnaturalizadores. Habitualmente está acompañado por pérdida de la actividad biológica. Diferenciación: Proceso por el que las células adquieren

una forma y una función determinada durante el

desarrollo embrionario o la vida de un organismo pluricelular, especializándose en un tipo celular. La diferenciación suele estar en relación inversa con la capacidad de proliferación de las células, por lo que las

cancerosas sufren un proceso de desdiferenciación. Diploide: Doble dotación cromosómica (2n) en la cual los

cromosomas se hallan de a pares; por oposición a haploide (n). Disyunción: Se refiere a la separación de cromosomas

homólogos hacia los polos opuestos de la célula durante la

etapa de anafase de la división celular. Elemento: Sustancia compuesta sólo por átomos del

mismo número atómico y que no puede descomponerse por medios químicos ordinarios. Embrión: Es la etapa inicial del desarrollo de un ser vivo

luego de ser fecundado. En el caso de la especie humana abarca desde la fecundación, hasta la octava semana del

embarazo, período en el cual se forman todos sus órganos. Endocitosis: Proceso celular en el cual el material a ser

incorporado por la célula induce a la membrana a formar una vacuola que contiene el material, la vacuola es

liberada en el citoplasma. Incluye la fagocitosis (endocitosis de partículas sólidas), la pinocitosis


249

(endocitosis de líquidos) y la endocitosis mediada por receptores.

Endosimbiosis: Forma de vida en la que dos especies o

dos células viven juntas, una dentro de la otra. Posible explicación al origen de mitocondrias y cloroplastos. Enlace peptídico: El tipo de enlace formado cuando dos

aminoácidos se unen por los extremos. El grupo ácido (–COOH) de un aminoácido se une covalentemente al grupo

básico (–NH2) del siguiente y se elimina una molécula de agua (H2O). Entropía: Grado de desorden; medida cuantitativa de la

cantidad de energía desordenada aleatoria que no está disponible para realizar un trabajo.

Enzima: Proteína que sirve como catalizador biológico, acelerando una reacción química específica, sin que ella

cambie durante el proceso. Espermátidas: Son las células que resultan de la meiosis

II de la espermatogénesis. Tienen dotación n, c, pero aún deben pasar por un proceso de diferenciación para convertirse en espermatozoides.

Estímulo: Cualquier elemento externo a un cuerpo o a un

órgano que activa o mejora su actividad o su respuesta o su reacción. Estrategia de sobrevivencia: Son estrategias

(mecanismos que permite dirigir un proceso) relacionados con los procesos de sobrevivencia de una especie, con el fin de conservar su población. Se definen

dos tipos de estrategias r y k. Estrategia k: Propia de organismos de ambientes

estables, con una tasa reproductiva baja, que producen un pequeño número de crías a las que ofrecen cuidados paternos, lo que reduce su mortalidad al mínimo. Esta

estrategia puede resultar exitosa, pero hace a la especie vulnerable respecto a la suerte de un pequeño número de individuos. Generalmente son especies de

grandes dimensiones corporales, con edad prolongada y reproducción tardía. Ej. Elefante, rinocerontes, jirafas. Estrategia r: Típica de organismos cuyo hábitat es

inestable, tiene una tasa de reproducción elevada, produciendo un gran número de crías. Sin embargo, no proporcionan cuidados paternos, por lo cual se observa

una gran mortalidad. Suelen ser especies de tamaño pequeño, con edad corta y de reproducción temprana. Ej. Roedores, tortugas marinas, insectos.

Estratificación: Distribución en capas diferentes de los organismos que existen en un ecosistema.

Estrés: Alteración física o psíquica de una individuo por

exigir a su cuerpo un rendimiento superior al normal.

Evaginación: Vuelta de dentro hacia fuera o protrusión de

una membrana, parte u órgano del cuerpo. Exocitosis: Proceso celular en el cual partículas

materiales o sustancias disueltas son encerradas en una vacuola y transportadas a la superficie celular; allí la

membrana de la vacuola se fusiona con la membrana de la célula, expulsando el contenido de la vacuola al exterior. Factor de crecimiento: Proteína de origen natural que

induce al crecimiento y la división celular. La producción de gran cantidad de estas proteínas por algunas células

cancerosas ayuda a que éstas crezcan con rapidez, por lo que, en los estudios clínicos, se están probando nuevos tratamientos para bloquear estas proteínas. Otros

factores de crecimiento ayudan a la recuperación de las células normales de los efectos secundarios de la quimioterapia. Fecundación: Es el proceso en donde ocurre la unión del

espermatozoide con el ovocito II, permitiendo el embarazo. Dependiendo de la especie, puede ser externa

(la unión ocurre fuera del cuerpo del organismo receptor) o interna (dentro del organismo receptor). Fenotipo: Es el resultado de dos fuerzas: los genes

heredados y la acción del medio ambiente el que determina la posibilidad de que el gen se exprese o no.

Fenotipo = Genotipo + Ambiente. Fermentación: Proceso que ocurre en el citoplasma

celular, en condiciones anaerobias. Existen dos tipos de fermentación, láctica y alcohólica. Feto: Es la etapa posterior a la embrionaria. Abarca desde

la novena semana y finaliza con el nacimiento. En esta

etapa no se crean nuevos órganos, solamente se dedican a madurar hasta estar aptos para la vida fuera del útero. Filamentos intermedios: Proteínas fibrosas que forman

parte del citoesqueleto; se encuentran en mayor densidad en las células sujetas a estrés mecánico.

Folículos primordiales: Son los ovocitos I que se encuentran detenidos en la profase I desde el nacimiento

de la mujer. Estos folículos serán los precursores de todos los futuros ovocitos II que producirá la mujer a lo largo de su vida fértil. En cada ciclo ovárico, uno de estos folículos se convertirá en un ovocito II esperando ser

fecundado. Fosforilación oxidativa: proceso mediante el cual se

sintetiza la mayor cantidad e ATP en la el mitocondria (34 a ATP). Cabe destacar que el último aceptor de electrones de esta cadena es el oxígeno.

Fotosíntesis: Proceso biológico que captura energía

lumínica y la transforma en energía lumínica y la transforma en energía química de las moléculas


250

orgánicas (como hidratos de carbono), procesadas a través de dióxido de carbono y agua.

Fotosistema: Una de las dos unidades fotosintéticas

responsables de la captura de la energía lumínica y de la transferencia de electrones excitados. Gametogénesis: Proceso fisiológico en el cual se crean y

forman los gametos, quedando aptos para fecundar. Gametos: También llamados células germinales, son

células haploides que se generan por gametogénesis en donde ocurre la meiosis, y cuyo fin es juntarse con otro

gameto del sexo opuesto para formar un nuevo ser diploide, o en algunos protistas y hongos, sufrir meiosis y formar células somáticas haploides

Gen: Secuencia de ADN que constituye la unidad funcional para la transmisión de los caracteres hereditarios.

Genotipo: La constitución genética de una sola célula o de

un organismo con referencia a una sola característica o a un conjunto de características; la suma total de todos los genes presentes en un individuo. Gónadas: Órganos pertenecientes al sistema reproductor

de los organismos, cuya función es formar los gametos.

También producen hormonas que determinan los caracteres sexuales de los organismos Gonadotrofinas: Son las hormonas secretadas por la

hipófisis, cuya función es regular los caracteres sexuales de los organismos. Se secretan masivamente en la pubertad, permitiendo que los organismos se vuelvan

fértiles. Gonios: Son células diploides no especializadas que

provienen de las CGP. Al ingresar a la interfase la meiosis se convierten en citos II. Hermafrodita: Es un organismo que presente los dos

sexos en su genotipo y fenotipo. Es común que ocurra en

las plantas y organismos invertebrados. Hermafrodita: Son los organismos que reúnen los dos

sexos en el mismo individuo Heterocromatina: Región del cromosoma eucarionte que

permanece condensada durante la interfase y que es transcripcionalmente inactiva. Heterocromosoma: Cromosoma cuya pareja es

morfológicamente distinta a él. Es el caso general de los

cromosomas portadores de la herencia del sexo (cromosomas sexuales). Heterótrofo: Un organismo que no puede sintetizar su

propio alimento a partir de materia primas inorgánicas y, por tanto, deben obtener energía y materiales

constituyentes corporales a partir de otros organismos. También llamados Consumidores.

Hidrocarburo: Compuesto orgánico formado sólo por

carbono e hidrógeno. Hidrofílico: Que tiene afinidad por el agua; aplicable a las

moléculas polares o a las regiones polares de las moléculas grandes.

Hidrofóbico: Que no tiene afinidad por el agua; se aplica a

las moléculas no polares o a las regiones no polares de las moléculas. Hidrólisis: Escisión de una molécula en dos por la adición

de iones H+ y OH- a partir de agua. Asociado con los lípidos es sinónimo de saponificación.

Hipertiroidismo: Aumento de las actividades y funciones secretoras de la glándula tiroides.

Hipertónico: Es una solución que tiene mayor

concentración de soluto en el medio externo, por lo que la célula inserta en dicha solución pierde agua, debido a la diferencia de presión. Hipotiroidismo: Disfunción de la glándula tiroides que

disminuye su actividad y secreción.

Hipotónico: Es una solución que tiene menor concentración de soluto, por lo tanto al ser más diluida, el

agua remanente en la solución difunde a la célula. Histona: Grupo de cinco moléculas polipeptídicas básica y

pequeña que está asociada con el ADN y es importante en el empaquetamiento del ADN en el cromosoma eucariótico.

Homeostasis: Entorno interno equilibrado del organismo;

tendencia automática de un organismo a mantener este estado de equilibrio. Hormona folículo estimulante: Conocida como la FSH, es

una gonadotrofina producida por la adenohipófisis. Su función en el hombre es estimular la espermatogénesis,

mientras que en la mujer permite la estimulación de los folículos primordiales para que crezcan y puedan convertirse en ovocitos II. Hormona gonadotropina coriónica humana: Conocida

como la HGC, es una hormona proteica sintetizada por la placenta cuando hay embarazo. Esta hormona estimula al

cuerpo lúteo, para que siga sintetizando estrógenos y principalmente progesterona, para mantener el endometrio intacto y favorecer el embarazo. Esta

hormona es la que detectan los test de embarazo. Hormona luteinizante: Conocida como la LH, es una

gonadotrofina que es producida por la adenohipófisis. Su función en el hombre es estimular a las células de Leydig para producir testosterona, mientras que en la mujer

permite la ovulación y estimula al cuerpo lúteo para producir progesterona.


251

Hormonas derivadas de aminoácidos : Se sintetizan a

partir de aminoácidos, químicamente son las hormonas más simples.

Hormonas esteroidales: Hormonas que se sintetizan a partir del colesterol.

Hormonas glucocorticoides: Hormonas catabólicas.

Estimulan la elevación de la glicemia. Hormonas mineralocorticoides: Hormonas

mineralotropas. Grupo de hormonas secretadas por la zona glomerular de la Hormonas peptídicas: Hormonas hidrosolubles que

constituyen el mayor grupo de hormonas, formadas por péptidos desde unos 30 aminoácidos.

Huso: En las células eucariontes en división, la estructura

formada por los microtúbulos que se extienden de un polo a otro. Los microtúbulos cinetocóricos se unen al cinetocoro, estructura que se forma en el centrómero de cada cromosoma duplicado, y orientan los cromosomas

en el huso, llevándolos a la posición que ocupan durante la metafase y atrayendo a los cromosomas recién separados hacia los polos durante la anafase. Los

microtúbulos polares separan los polos del huso y los astrales posicionan los polos en relación con el resto de la célula. Inhibir: Suspender transitoriamente una función orgánica.

Invaginación: Es la formación de un repliegue de

membrana que tiene por objeto incorporar una especie nueva al interior de la célula y reestablecer la uniformidad

de la membrana. Isotónico: Un medio o solución isotónica es aquella en la

cual la concentración de soluto es igual fuera y dentro de la célula. Kinasas: Enzimas específicas de transferencia de grupos

fosfato del ATP a moléculas aceptoras. Activan o desactivan proteínas mediante adición de fosfatos en

sitios específicos controlando el ciclo celular. Lipofílico: Hidrofobicidad de una molécula que es soluble

en lípidos o especies apolares. Menopausia: Etapa que sufre la mujer, caracterizada por

un notable descenso de producción de gonadotrofinas. Es caracterizada por una serie de conductas y procesos,

siendo el más característico; el fin de la ovogénesis. Micela: Agregado esférico de sales biliares que disuelve

los ácidos grasos y los monoglicéridos con el fin de poder ser transportados a las células epiteliales del intestino delgado.

Micrómetro (μm): Unidad de medida de longitud equivalente a la millonésima parte de un metro.

Microtúbulo: Tubo hueco extremadamente pequeño

compuesto por dos tipos de subunidades proteicas globulares. Entre sus muchas funciones, los microtúbulos

constituyen la estructura interna de los cilios y los flagelos. Mitocondria: Organelo limitado por una doble membrana

en el cual ocurren las reacciones del ciclo de Krebs, el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa, que

dan por resultado la formación de CO2, H2O y ATP a partir de acetil-CoA y ADP. Las mitocondrias son los organelos en los cuales se produce la mayor parte del ATP de la célula eucarionte. Poseen DNA y ribosomas propios. Se

cree que su origen sería a partir de una endosimbiosis bacteriana. Monosacárido: Azúcar simple como la glucosa, la

fructosa y la ribosa. No se pueden hidrolizar en estructuras más simples.

Monosomía: Tipo de aneuploidía que se consiste en la pérdida de un cromosoma en el cariotipo del organismo,

quedando una dotación de 2n-1. La monosomía más conocida es el síndrome de Turner. Mortalidad: Tasa de muerte de individuos; la tasa media

de muerte per cápita. Mosaicismo: Individuo con dos o más poblaciones de

células que difieren en su composición genética. Por

ejemplo, es posible que una mujer tenga un porcentaje de células con dotación 46, XX y otro porcentaje restante con 45, XO. Natalidad: Tasa a lo que los individuos producen

descendencia; la tasa media de nacimiento per cápita.

Neurohormona: Son producidas por células neuroendocrinas, transportadas por los axones y se

liberan en el líquido intersticial. Nicho ecológico: Totalidad de las adaptaciones de un

organismo, el uso que hace de los recursos y el modo de vida al que se ajusta en su comunidad; como utiliza en los materiales, así como sus interacciones con otros

organismos. Nivel aterogénico: Relación entre el colesterol total y el

colesterol HDL (colesterol bueno). También se le conoce como factor de riesgo. Nivel trófico: Cada nivel secuencial de materia y energía

en una red de alimentación, de productores a consumidores primarios, secundarios o terciarios; cada

organismo se asigna a un nivel trófico en base a su fuente de nutrición. Núcleo: Estructura rodeada por membrana,

característica de las células eucariontes, que contiene


252

información genética en forma de DNA organizado en cromosomas.

Nucleósido: Un monómero orgánico que está formado por

un azúcar de cinco carbonos que está unido covalentemente a una base nitrogenada. Los nucleósidos son los elementos de formación de los nucleótidos, basta con agregar un grupo fosfato.

Organelo: Una estructura subcelular que tiene funciones

especializadas y que posee membrana celular. Osmolaridad: Capacidad de una célula o tejido para

retener agua. Osmosis: La difusión de agua a través de una membrana

selectivamente permeable (una membrana que permite el paso libre de agua pero evita o retarda el paso de un soluto). En ausencia de otros factores que afecten el

potencial hídrico, el movimiento neto de agua ocurre desde el lado que contiene una menor concentración de soluto al lado que contiene una concentración más alta. Ovulación: Proceso en el cual la hembra expulsa su

ovocito II del ovario con el objetivo de que este se

encuentre con un espermatozoide y se produzca la fecundación. Es en este proceso en el cual la hembra se encuentra más fértil. Peptidoglicano (mureína): Estructura extramembrana

formada por múltiples láminas compuestas de N-

actetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico y un pequeño grupo de aminoácidos (alanina, glutamato, lisina). Permutación cromosómica: Es la distribución azarosa

de los pares cromosómicos homólogos en el plano ecuatorial en la metafase I. Permite la variabilidad

genética. Pigmento: Sustancia que absorbe selectivamente luz de

diferentes longitudes de ondas. Pirámide ecológica: Representación gráfica del valor

energético relativo de cada nivel trófico. Placenta: Es un órgano que se produce luego de la

fecundación y se mantiene durante todo el embarazo. Sus diversas funciones abarcan las de satisfacer las

necesidades de respiración, nutrición y excreción del embrión y luego del feto. Además secreta distintas hormonas que se dedican a mantener el embarazo sin ninguna complicación.

Plásmido: En los procariontes, una molécula de ADN circular, pequeña, extracromosómica (separado del

cromosoma bacteriano) y de replicación independiente. Plasmólisis: Pérdida de volumen de las células vegetales

por una salida de agua, lo cual provoca el desprendimiento de la membrana celular respecto a la pared celular. Este fenómeno se da en un ambiente extracelular hipertónico.

Población: Grupo de organismos de la misma especie

que viven al mismo tiempo en un área geográfica definida.

Polímero: Una molécula grande compuesta por muchas subunidades moleculares similares o idénticas.

Polocito: También llamado corpúsculo polar, es producido

en la meiosis I y II. Contiene núcleo y muy poco

citoplasma. Es rápidamente fagocitado por glóbulos blancos. Propiedades emergentes: Se refiere a

las propiedades que surgen del funcionamiento colaborativo de un sistema, pero no pertenecen a ninguna parte de él. En otras palabras,

las propiedades emergentes son las de un grupo que no resultan posibles cuando cualquiera de los elementos individuales actúa solo.

Quiasma: Conexión visible entre las cromátidas apareadas de la tétrada. Aparecen en el diploteno y son la

evidencia de que hubo entrecruzamiento. Respiración celular: Proceso que se desarrolla al

interior de la célula consistente en la degradación de sustancias orgánicas en presencia de oxígeno con la consiguiente liberación de energía. Retículo

endoplasmático: Sistema extenso de membranas, presente en la mayor parte de las células eucariontes, que divide el citoplasma en compartimientos y canales; frecuentemente cubierto por ribosomas, en cuyo caso se

denomina retículo endoplasmático rugoso (RER). Sacarosa: Disacárido conformado por glucosa y fructosa,

y es transportado principalmente por el floema (tejido conductor encargado del transporte de nutrientes orgánicos e inorgánicos) en las plantas.

Saponificación: Es una reacción química de hidrólisis en

medio alcalino, que permite liberar ácidos grasos si ellos se encuentran presentes en los lípidos. Simpatría: En biología, se dice que

dos especies o poblaciones son simpátricas cuando viven en la misma área geográfica o en áreas que se solapan y

son capaces de encontrarse entre ellas. Sinapsis: Proceso que ocurre en el zigoteno de la profase

I, en donde los cromosomas homólogos unen sus cromátidas no hermanas para aparearse. No confundir con la sinapsis del sistema nervioso. Sucesión ecológica: Secuencia de cambios en la

composición de especies de una comunidad a lo largo del

tiempo. Sucesión Primaria: Sucesión ecológica que ocurre en

un terreno que antes no había estado habitado por plantas; inicialmente no hay suelo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_conductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_conductor


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Sucesión secundaria: Sucesión ecológica que tiene

lugar después de que una perturbación destruya la vegetación existente, ya hay suelo presente.

Teoría quimiosmótica: Peter Mitchell propuso en 1961, que el transporte de electrones y la síntesis de ATP se

acoplan mediante un gradiente protónico a través de la membrana mitocondrial. Tétrada: También llamada bivalente, en genética es el par

de cromosomas homólogos que se han apareado en profase I de la meiosis. Está formada por cuatro

cromátidas. Tetrámero: Unidad formada por cuatro subunidades.

Trama trófica: Cuando varias cadenas tróficas se

entrecruzan forman las redes o tramas tróficas.

Trisomía: Tipo de aneuploidía que consiste en la ganancia

de un cromosoma en el cariotipo del organismo, quedando una dotación de 2n+1. La trisomía más conocida es el síndrome de Down.

Turgencia: Aspecto de las células vegetales que han

aumentado su volumen por el ingreso de agua. Este fenómeno se da en un ambiente extracelular hipotónico. Vacuola: Organelo limitado por una membrana

(tonoplasto) llena de líquido, situada en el citoplasma de una célula.

Estimado lector:

Si tiene algún aporte o crítica sobre el contenido de este libro, le agradecemos comunicarlo

al correo:

[email protected] Gracias.

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- Becker W, 2007; El mundo de la célula. Madrid España: Pearson.

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- Alvarado, J y Bustos, M, 2012; Biología de 2º año de educación media, Santiago. - Biología 1ro educación Media; 2012; Ministerio de Educación, Gobierno de Chile; Editorial

Santillana Santiago, Chile

mailto:[email protected]


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Notas/Apuntes


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Science

Libro Biología Común PPVJ 2017 - Mitchell Comte C