I - INTRODUCCIÓN A
1- FISIOLOGÍA
La fisiología es
una de las ciencias mas antiguas del mundo (del griego physis, naturaleza,
y logos, conocimiento,
estudio) es la ciencia que estudia las funciones de
los seres multicelulares (vivos). Muchos de los aspectos de la fisiología
humana están íntimamente relacionados con la fisiología animal, en donde mucha
de la información hoy disponible ha sido conseguida gracias a la experimentación
animal. La anatomía y
fisiología son campos de estudio estrechamente relacionados en donde la primera
hace hincapié en el conocimiento de la forma mientras que la segunda pone
interés en el estudio de la función de cada parte del cuerpo, siendo ambas
áreas de vital importancia en el conocimiento médico general.
2- HOMEOSTASIA
La homeostasia
etimológicamente deriva del griego homoios, que significa similar, y stasis posición, estabilidad.
Es un término que usan los fisiólogos
para describir y explicar la persistencia de las condiciones estáticas o
constantes en el medio interno. Esencialmente todo órgano y tejido en el cuerpo llevan a cabo funciones que ayudan a
mantener estas condiciones constantes. Desde los pulmones que captan el oxígeno, hasta los riñones que mantienen constantes las concentraciones de iones en el cuerpo, cada órgano y célula aporta una función que se suma a las
funciones totales de los demás sistemas que permiten la vida del ser humano.
El 70% del cuerpo humano
está formado de líquido (intracelular y extracelular o medio interno).
1. La
mayor parte del líquido corporal se encuentra dentro de las células (líquido
intracelular); de cualquier modo, alrededor de un tercio (30%) se encuentra
en los espacios por fuera de las células y compone lo que conocemos como líquido
extracelular.
2. El
líquido extracelular se encuentra siempre en movimiento en el organismo. Es
mezclado rápidamente por la circulación de la sangre y por difusión entre la
misma y los líquidos tisulares. En el líquido extracelular se encuentran los
iones y nutrientes que se requieren para que las células conserven su función.
3. Prácticamente
todas las células viven rodeadas del líquido extracelular, por lo que a este
líquido se le conoce como medio interno del
cuerpo o milieu
intérieur como
le llamó el fisiólogo Claude
Bernard.
4.
4 - SUPERVIVENCIA DE LAS CELULAS
Las
células se desarrollan y llevan a cabo sus funciones, tanto más si estas son
especializadas, mientras tengan a mano en el medio interno de concentraciones
adecuadas iones, oxígeno, glucosa,
diversos aminoácidos y
otras sustancias que le sirven como bloques de nutrición o para reparación.
El
cuerpo está formado por células, estas a su vez forman tejidos, a su vez los
tejidos forman órganos, aparatos y, a su
vez estos componen los sistemas que mantienen el cuerpo vivo.
El cuerpo humano posee cientos sistemas de control
del organismo. Estos mecanismos son los que permiten la continuidad y
estabilidad de la vida, en virtud de que si uno de los sistemas falla, el
equilibrio homeostático se ve en riesgo y en ocasiones el fallo puede ser
incompatible con la vida.
Dentro de estos mecanismos de control tenemos la
regulación de concentraciones de oxígeno y dióxido de
carbono, regulación de la presión
arterial, la regulación de la temperatura
corporal, regulación hormonal, entre otros. Los más
complejos son los sistemas de control genético dentro de la célula. Los sistemas de retroalimentación, también llamados
feed back, son mecanismos biológicos
encargados de mantener la homeostasia (estado normal) del organismo. Estos
sistemas detectan en qué momento se inicia la perturbación homeostática
(factores que determinan que el organismo no este en condiciones normales) y
cuándo dicha alteración ha sido controlada.
Ø RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA.
Se dice que es negativo porque la respuesta
del sistema de control es negativa (opuesta) al estímulo. Por ejemplo la producción de la muchas hormonas está
controlada por un sistema de retroalimentación negativa, de modo que el
incremento en la concentración de insulina hace q se inhiba su síntesis.
Los
sistemas de control del cuerpo humano actúan mediante un proceso de retroalimentación
negativa. Si algún factor alcanza concentraciones
fuera de los límites normales, ya sea exagerado o demasiado bajo, un sistema de
control inicia una retroalimentación negativa. En la retroalimentación negativa
se desencadenan cambios que devuelven al factor en su valor medio, con lo que
se mantiene la homeostasis. Por ejemplo: con la regulación de la concentración
de dióxido de carbono en el organismo, cuando existe una concentración
incrementada de CO2 en
el líquido extracelular, se aumenta la ventilación pulmonar, lo que al mismo
tiempo hace disminuir la concentración del gas en el medio interno, ya que
aumenta su expulsión en cada respiración. Esto es lo mismo que decir que la
respuesta es negativa con
respecto del estímulo inicial. Del modo contrario, si el CO2 disminuye
de manera excesiva, se comienza el proceso del sistema de control para que los
niveles del gas se incrementen a un nivel adecuado del mismo ya que es de vital
importancia para el ser humano.
Ø RETROALIMENTACIÓN POSITIVA
La retroalimentación positiva es
aquella que ante una perturbación inicial en un sistema, desencadena una serie
de eventos que aumentan aun más el trastorno homeostático. Como consecuencia,
se crea inestabilidad y, muchas veces, la muerte. Además, pueden aparecer
"círculos viciosos", es decir, se repite el ciclo una y otra vez
hasta la muerte.
Por
ejemplo: cuando un hombre sufre una hemorragia
severa de dos litros de sangre, provoca
una disminución importante del volumen sanguíneo, y el corazón no
puede bombear con eficacia. Por lo tanto, la presión arterial disminuye
y el riego sanguíneo de las arterias coronarias del corazón al músculo
cardíaco es
tan bajo que el órgano comienza a sufrir falta de oxígeno. Esto debilita al
corazón y hace que el bombeo sea más débil, continuando así hasta que el
sistema se colapsa debido al círculo vicioso generado.
En
muchos casos el mismo organismo tratará de proveer una retroalimentación
negativa para romper el círculo vicioso en el que se encuentran los factores.
Continuando con el ejemplo de la hemorragia, si la persona pierde un solo litro
de sangre en lugar de dos, los mecanismos de control normales proporcionarían
la retroalimentación negativa para controlar el gasto cardiaco y la presión
arterial compensarán de manera eficaz la retroalimentación positiva y la
persona se recuperará sin dificultades. Lo mismo sucede si hay una intervención
de urgencia por el cuerpo de salud que puede trasfundir plasma o sangre al
paciente para evitar un shock.
II -
|
LA CÉLULA
PROCARIOTA:
Son células sin núcleo, la zona de la célula, donde está el ADN y ARN no está limitado por membrana. Ej. Bacteria. Actualmente están divididas en dos grupos: • Eubacterias, que poseen paredes celulares formadas por peptidoglicano o por mureína. Incluye a la mayoría de las bacterias y también a las cianobacterias. • Arqueobacterias, que utilizan otras sustancias para constituir sus paredes celulares. Son todas aquellas características que habitan en condiciones extremas como manantiales sulfurosos calientes o aguas de salinidad muy elevada. |
Procariota (Pros = Antes, Karion = Núcleo) es una célula sin núcleo celular diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior de un núcleo, sino libremente en el citoplasma. Las células con núcleo diferenciado se llaman eucariotas. Procarionte es un organismo formado por células procariotas. La celula procariota, también procarionte, organismo vivo cuyo núcleo celular no está envuelto por una membrana, en contraposición con los organismos eucariotas, que presentan un núcleo verdadero o rodeado de membrana nuclear. Además, el término procariota hace referencia a los organismos conocidos como móneras que se incluyen en el reino Móneras o Procariotas. Están metidos en los dominios Bacteria y Archaea. Entre las características de las células procariotas que las diferencian de las eucariotas, podemos señalar: ADN desnudo y circular; división celular por fisión binaria; carencia de mitocondrias (la membrana citoplasmática ejerce la función que desempeñarían éstas), nucleolos y retículo endoplasmático. Poseen pared celular, agregados moleculares como el metano, azufre, carbono y sal. Pueden estar sometidas a temperatura y ambiente extremos (salinidad, acidificación o alcalinidad, frío, calor). miden entre 1/10 Mm, posee ADN y ARN, no tienen orgánulos definidos. Evolución Está aceptado que las células procariotas del dominio Archaea fueron las primeras células vivas, y se conocen fósiles de hace 3.500 millones de años. Después de su aparición, han sufrido una gran diversificación durante las épocas. Su metabolismo es lo que más diverge, y causa que algunas procariotas sean muy diferentes a otras. Algunos científicos, que encuentran que los parecidos entre todos los seres vivos son muy grandes, creen que todos los organismos que existen actualmente derivan de esta primitiva célula. A los largo de un lento proceso evolutivo, hace unos 1500 millones de años, las procariotas derivaron en células más complejas, las eucariotas.
Diversidad
bioquímica y metabólica
Desde su aparición, han sufrido gran diversificación.
El metabolismo de las procariotas es enormemente variado (a
diferencia de las eucariotas), y causa que algunas procariotas sean muy
diferentes a otras. Algunas son muy resistentes a condiciones ambientales
extremas como temperatura o acidez, se las llama Extremófilos.
La totalidad de la diversidad de los
sistemas metabólicos, es abarcada por los procariontes, por lo que la
diversidad metabólica de los eucariontes se considera como un subconjunto de
las primeras.
Nutrición
La nutrición puede ser autótrofa (quimiosíntesis o fotosíntesis) o heterótrofa (saprófita, parásita o simbiótica). En cuanto al metabolismo los organismos pueden ser: anaerobiosestrictos o facultativos, o aerobio.
·
La quimiosíntesis es
la conversión biológica de moléculas de un carbono y nutrientes en materia orgánica usando la oxidación de moléculas inorgánicas como fuente deenergía, sin la luz solar, a diferencia de la
fotosíntesis. Una gran parte de los organismos vivientes basa su existencia en
la producción quimiosintética en fallas termales, cepas frías u otros
hábitats extremos a los cuales la luz solar es incapaz de llegar.
·
La fotosíntesis es
la base de la vida actual en la Tierra. Consiste en una serie de procesos
mediante los cuales las plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la energía de la luz para
transformar la materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que
utilizan para su crecimiento y desarrollo.
Los organismos capaces de llevar a cabo este
proceso se denominan fotótrofos y si además son capaces de fijar el CO2 atmosférico (lo que ocurre casi siempre) se
llaman autótrofos. Salvo en algunas bacterias, en el proceso de fotosíntesis
se producen liberación de oxígeno molecular (proveniente de moléculas de agua) hacia la atmósfera(fotosíntesis oxigénica).
Es ampliamente admitido que el contenido actual de
oxígeno en la atmósfera se ha generado a partir de la aparición y actividad
de dichos organismos fotosintéticos. Esto ha permitido la aparición evolutiva
y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa
metabólica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista
energético).
La otra modalidad de fotosíntesis, la fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se libera oxígeno, es llevada a
cabo por un número reducido de bacterias, como las bacterias púrpuras del
azufre y las bacterias verdes del
azufre; estas bacterias
usan como donador de hidrógenos el H2S, con lo que liberan azufre.
·
Nutrición parásita: obtienen el alimento de un hospedador al que
perjudican pero no llegan a matar.
·
Nutrición simbiótica: los seres que realizan la simbiosis obtienen la
materia orgánica de otro ser vivo, el cual también sale beneficiado.
Reproducción
Se da de dos maneras: reproducción asexual o conjugación
·
Reproducción asexual por bipartición o fisión
binaria: es la forma más
sencilla y rápida en organismos unicelulares, cada célula se parte en dos, previa división del
material genético y posterior división de citoplasma (citocinesis).
·
Reproducción parasexual, para obtener variabilidad y adaptarse a
diferentes ambientes, entre las bacterias puedes ocurrir intercambio de ADN
como la conjugación, la transdución y la transformación.
·
Conjugación: Proceso que ocurre cuando una bacteria hace
contacto con otra usando un hilo llamado PILI. En el momento en el que los
citoplasmas están conectados, el individuo donante (considerado como
masculino) transfiere parte de su ADN a otro receptor (considerado como
femenino) que lo incorpora (a través del PILI) a su dotación genética
mediante recombinación y lo transmite a su vez al reproducirse.
·
Transducción: En este proceso, un agente transmisor, que
generalmente es un virus, lleva fragmentos de ADN de una bacteria parasitada
a otra nueva receptora, de tal forma que el ADN de la Bacteria parasitada se
integra al ADN de la nueva bacteria.
·
Transformación: Una bacteria puede introducir en su interior
fragmentos de ADN que están libres en el medio. Estos pueden provenir del
rompimiento o degradación de otras bacterias a su alrededor.
Tipos
según su morfología
De
izquierda a derecha: Cocos, espirilos y bacilos.
·
Coco es un tipo morfológico de bacteria. Tiene
forma más o menos esférica (ninguna de sus dimensiones predomina claramente
sobre las otras).
·
·
Bacilos
Gram positivos: fijan el violeta de genciana (tinción de Gram) en la pared celular porque carecen de capa delipopolisacáridos.
·
Bacilos
Gram negativos: no fijan el violeta de genciana porque poseen la capa de
lipopolisacárido.
·
Vibrio es un género de bacterias, incluidas en el
grupo gamma de las proteobacterias. Varias de las especies de Vibrio sonpatógenas, provocando enfermedades del tracto
digestivo, en
especial Vibrio cholerae, el agente que provoca el cólera, y Vibrio vulnificus, que se transmite a través de la ingesta de marisco.
·
Los espirilos son
bacterias flageladas de forma helicoidal o de espiral. Se desplazan en medios viscosos avanzando
en tornillo. Sudiámetro es muy pequeño, lo que hace que puedan atravesar las mucosas; por ejemplo Treponema pallidum que produce la sífilis en el hombre. Son más sensibles a las
condiciones ambientales que otras bacterias, por ello cuando son patógenas se
transmiten por contacto directo (vía sexual) o mediante vectores,
normalmente artrópodoshematófagos
Según
la envoltura celular
Tipos de procariontes según su envoltura celular.
A: bacteria Gram negativa, B: bacteria Gram positiva, C: arquea, D:
micoplasma. 1- membrana citoplasmática, 2- pared celular bacteriana, 3- espacio periplasmático, 4- membrana externa, 5- pared celular arqueana.
Dependiendo del tipo de pared celular y el número
de membranas, pueden haber los siguientes tipos de células procariotas:3
·
·
Firmicutes, propio de las bacterias gram positivas, con una membrana citoplasmática y una gruesa pared
de peptidoglicano
·
Mendosicutes, propio de las arqueas, con una pared celular mayormente de
glicopéptidos diferentes del de las bacterias. La membrana plasmática es
igualmente diferente, ya que los lípidos se únen a los gliceroles con enlaces
éter, en lugar de enlaces éster como en las bacterias
·
Tenericutes, propio de los micoplasmas, bacterias endoparásitas que carecen de pared
celular, al parecer como una adaptación evolutiva al hábitat intracelular
Clasificación
Según el Sistema de tres dominios los grupos procariotas principales son Archaea y Bacteria. La diferencia más importante que sustentó en un
inicio la diferencia entre estos dos grupos está en la secuencia de bases
nitrogenadas de las fracciones del ARN
ribosomal 16S.
Arqueas son microorganismos unicelulares muy primitivos. Al igual que
las bacterias, las archaea carecen de núcleo y son por tanto procariontes.
Sin embargo, las diferencias a nivel molecular entre archaeas y bacterias son tan fundamentales que se las
clasifica en grupos distintos. De hecho, estas diferencias son mayores de las
que hay, por ejemplo, entre una planta y un animal. Actualmente se considera
que las archaea están filogenéticamente más próximas a los eucariontes que a las bacterias. Las archaea fueron
descubiertas originariamente en ambientes extremos, pero desde entonces se
las ha hallado en todo tipo de hábitats.
·
Metanógenos son microorganismos procariontes que viven
en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energía mediante la
producción de gas natural, el metano (CH4). Gracias a esta característica, este tipo de
organismo tiene una gran importancia ecológica, ya que interviene en la
degradación de la materia orgánica en la naturaleza, y en el ciclo del carbono. Además, son un grupo filogenéticamente
heterogéneo en dónde el factor común que las une es la producción de gas
metano y sus cofactores únicos. Las podemos encontrar en nuestro intestino.
·
Halófilas: Viven en ambientes extremadamente salinos. Halococcus y Halobacterium solo viven en medios con más del 12% de sal
(mucho más salado que el agua de mar).
·
Las hipertermófilas viven
y desarrollan en condiciones de temperaturas extremas y pH extremos en sitios con actividad volcánica
(como géiseres) en las dorsales oceánicas, donde la mayoría de seres vivos serían incapaces
de sobrevivir. Existe la teoría de que fueran posiblemente las primeras
células simples.
Bacterias son organismos microscópicos formados por
células procariotas más evolucionadas. Las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazules, son
eubacterias fotosintéticas y coloniales que han estado viviendo sobre nuestro
planeta por más de 3 mil millones de años. Esta bacteria crece en esteras y
montículos en las partes menos profundas del océano. Hoy en día sólo las hay
en algunas regiones, pero hace miles de millones de años las había en tan
gran número, que eran capaces de añadir, a través de la fotosíntesis,
suficiente oxígeno a la primitiva atmósfera de la Tierra, como para que los animales que necesitaban
oxígeno pudieran sobrevivir.
|
La Célula Eucariota
Las
células eucariotas apenas poseen organelas, que son estructuras especializadas,
representadas por el núcleo, retículo endoplasmático, complejo de Golgi,
mitocondria, cloroplastos, lisosomas, y centríolos.
2 Núcleo celular.
(3) Ribosoma.
(4) Vesículas.
(5) Retículo Endoplásmico Rugoso.
(6) Aparato de Golgi.
(7) Microtúbulos.
(8) Retículo Endoplásmico Liso.
(9) Mitocondria.
(10).Vacuola.
(11) Citoplasma.
(12) Lisosoma.
1 - Membrana Citoplasmática
La célula es una entidad altamente compleja y
organizada con numerosas unidades y orgánulos funcionales. Muchas de estas
unidades están separadas unas de otras por membranas que están especializadas
para permitir que el orgánulo cumpla su función.
Las
membranas cumplen las siguientes funciones:
·
Protegen
la célula o el orgánulo
·
Regulan
el transporte hacia adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo
·
Permiten
una fijación selectiva a determinadas entidades químicas a través de receptores
lo que se traduce finalmente en la transducción de una señal
·
Suministran
unos puntos de anclaje para filamentos citoesqueléticos o componentes de la
matriz extracelular lo que permite mantener una forma
·
Permiten
la compartimentación de dominios subcelulares donde pueden tener lugar
reacciones enzimáticas de una forma estable
·
Permiten
el paso de ciertas moléculas a través de canales o ciertas funciones
·
Permite
la movilidad de algunas células u orgánulos
ESTRUCTURA
DE LA MEMBRANA
Al añadir proteínas al medio, la tensión superficial
bajaba notablemente, por lo que los investigadores propusieron para la
membrana el modelo que se muestra en la siguiente figura.
COMPOSICION
DE LA MEMBRANA PLASMATICA
FISIOLOGIA
DE LA MEMBRANA
La función de la membrana es proteger el
interior de la célula frente al líquido extracelular que tiene una composición
diferente y permitir la entrada de nutrientes, iones o otros materiales
específicos. También se intercomunica con otras células a través de las
hormonas, neurotransmisores, enzimas, anticuerpos, etc.
La membrana plasmática regula la entrada y salida de
materiales, permitiendo la entrada de unos y restringiendo el paso de otros.
Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva. La membrana es permeable
cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia.
TRANSPORTE
DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS
Los mecanismos que
permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para
la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos
procesos:
TRANSPORTE
PASIVO: Es el paso de
sustancias a través de la membrana plasmática sin gasto de energía. Los
mecanismos de transporte pasivo son:
Osmosis:
Difusión facilitada:
Algunas moléculas son demasiado grandes como para
difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en
lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el
caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden
atravesar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada,
con la ayuda de una proteína transportadora. La difusión facilitada es
mucho más rápida que la difusión simple.
TRANSPORTE
ACTIVO Y OTROS PROCESOS ACTIVOS
Transporte activo
Por este mecanismo pueden ser transportados hacia el
interior o exterior de la célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y
K+ (bomba de sodio-potasio), Ca++ , Cl-, I, aminoácidos y monosacáridos con
gasto de energía.
Transporte Grueso
Algunas sustancias más grandes como polisacáridos,
proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante diversos tipos
de transporte grueso:
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es
transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres
tipos de endocitosis:
1.
Fagocitosis:
en este proceso, la célula crea
proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudópodos que rodean la
partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una
vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El
material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas
liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más
notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como
mecanismo de defensa
2.
Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una
gotita o vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman
pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica.
Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la
vesícula vuelve a la superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.
3.
Endocitosis
mediante un receptor : este es un proceso similar a la pinocitosis, con la
salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una
determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la
membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para
formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la
separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos
a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un liposoma siendo
digerido por las enzimas de este último. Aunque este mecanismo es muy
específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en
el interior de la célula. Así, el VIH (virus de la inmunodeficiencia adquirida)
entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas
CD4 que están presentes en la membrana de los mismos.
Exocitosis: la membrana de la vesícula secretora
se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma.
2 – Ribosomas: Son partículas que se
encuentran en el citoplasma o adheridos a la superficie del retículo
endo-plasmático. Por tal motivo se los conoce como retículo endoplásmico
rugoso.
Tiene
la función de dar lugar de la síntesis proteica.
Están
formados por dos subunidades, una mayor y otra menor. En él se irá procesando
la información para que se sinteticen las proteínas.
3 –
mitocondria.
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos
del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas.
Observadas al microscopio electrónico de transmisión (M.E.T.), presentan una
estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de 0,5 a
1 m de diámetro, y entre 1 m y varias micras de longitud y está envuelta por
dos membranas distintas, una externa y otra interna (la que presentan crestas mitocondriales), muy
replegada.
|
Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados
de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad
celular, actúan por tanto, como centrales
energéticas de la célula y
sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y
aminoácidos). Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de
utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con
ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados
anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de
mitocondrias.
|
La ultra-estructura mitocondrial
está en relación con las funciones que desempeña: en la matriz se localizan los
enzimas responsables de la oxidación de los ácidos grasos, los aminoácidos,
el ácido pirúvico y el ciclo de krebs.
En la membrana interna están
los sistemas dedicados al transporte
de los electrones que se
desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto de proteínas
(corpusculos respiratorios) encargadas de acoplar la energía liberada del
transporte electrónico con la síntesis de ATP, estas proteínas le dan un
aspecto granuloso a la cara interna de la membrana mitocondrial.
También se encuentran dispersas por
la matriz una molécula
de ADN circular y unos pequeños ribosomas y poliribosomas implicados
en la síntesis de un pequeño número de proteínas mitocondriales
Membrana int.
Crestas mitocondriales.
4-
aparato de Golgi:
El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos
rojos y las células
epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas. Está formado por unos 80
dictiosomas (dependiendo del tipo de célula), y estos dictiosomas están
compuestos por 40 o 60 cisternas (sáculos) aplanadas rodeados de membrana que
se encuentran apilados unos encima de otros, y cuya función es completar la
fabricación de algunas proteínas. Funciona como una planta empaquetadora,
modificando vesículas del retículo endoplasmático
rugoso. El material nuevo
de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Dentro de las
funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos, almacenamiento y distribución de lisosomas y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Debe su nombre a Camillo
Golgi, Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal.
Estructura del aparato de Golgi
El aparato de Golgi se compone de una serie de estructuras
denominadas cisterna. Éstas se agrupan en número variable, habitualmente de 4 a
8, formando el dictiosoma. Presentan conexiones tubulares que permiten el paso de sustancias entre
las cisternas. Los sáculos son aplanados y curvados, con su cara convexa (externa)
orientada hacia el retículo endoplasmático. Normalmente se observan entre 4 y 8, pero se han
llegado a observar hasta 60 dictiosomas.1 Alrededor de la cisterna principal se disponen
las vesículas esféricas recién exocitadas. El aparato de Golgi se puede dividir
en tres regiones funcionales:
·
Región
Cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo. De él recibe las vesículas
de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la
membrana del retículo endoplasmático
rugoso (RER),
introducidas dentro de sus cavidades y transportadas por el lumen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de
transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la
cara externa del aparato de Golgi.
·
Región
medial: es una zona de transición.
·
Región
Trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana plasmática. De hecho, sus membranas, ambas unitarias, tienen
una composición similar.
Las vesículas provenientes del retículo endoplásmico
se fusionan con el cis-Golgi, atravesando todos los dictiosomas hasta el
trans-Golgi, donde son empaquetadas y enviadas al lugar que les corresponda.
Cada región contiene diferentesenzimas que modifican selectivamente las vesículas
según donde estén destinadas.2 Sin embargo, aún no se han logrado determinar
en detalle todas las funciones y estructuras del aparato de Golgi.
Funciones generales del aparato de Golgi
La célula sintetiza un gran número de diversas
macromoléculas necesarias para la vida. El aparato de Golgi se encarga de la
modificación, distribución y envío de dichas macromoléculas en la célula.
Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente
tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el liso y los etiqueta para
enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula. Las principales
funciones del aparato de Golgi vienen a ser las siguientes:
·
Modificación
de sustancias sintetizadas en el RER: En el aparato de Golgi se
transforman las sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden ser agregaciones de
restos de carbohidratos para conseguir la estructura definitiva o para
ser proteolizados y así adquirir su conformación activa. Por ejemplo, en el RER
de las células acinosas del páncreas se sintetiza la proinsulina que debido a
las transformaciones que sufre en el aparato de Golgi, adquirirá la forma o
conformación definitiva de la insulina. Las enzimas que se encuentran en el interior de
los dictiosomas son capaces de modificar las macromoléculas mediante glicosilación (adición de carbohidratos) y fosforilación (adición de fosfatos). Para ello, el aparato
de Golgi transporta ciertas sustancias como nucleótidos y azúcares al interior del orgánulo desde el citoplasma.
Las proteínas también son marcadas con secuencias señal que determinan su
destino final, como por ejemplo, la manosa-6-fosfato que se añade a las proteínas destinadas a
loslisosomas. Para llevar a cabo el proceso de fosforilación el
aparato de Golgi importa moléculas de ATP al interior dellumen,3 donde las kinasas catalizan la reacción. Algunas de las
moléculas fosforiladas en el aparato de Golgi son las apolipoproteínas que dan lugar a las conocidas VLDL que se
encuentran en el plasma sanguíneo. Parece ser que la fosforilación de estas
moléculas es necesaria para favorecer la secreción de las mismas al torrente
sanguíneo.4
·
Secreción
celular: las sustancias atraviesan todos los sáculos del aparato de Golgi
y cuando llegan a la cara trans del dictiosoma, en forma de vesículas de
secreción, son transportadas a su destino fuera de la célula, atravesando la
membrana citoplasmática por exocitosis. Un ejemplo de esto son los proteoglicanos que conforman la matriz extracelular de los animales. El aparato de Golgi es el
orgánulo de mayor síntesis de carbohidratos.5 Esto incluye la producción de glicosaminoglicanos (GAGs), largos polisacáridos que son anclados
a las proteínas sintetizadas en el RE para dar lugar a los proteoglicanos. De
esto se encargarán las enzimas del Golgi por medio de un residuo de xilosa.
Otra forma de marcar una proteína puede ser por medio de la sulfatación de una
sulfotransferasa, que gana una molécula de azufre de un donador denominado
PAPs. Este proceso tiene lugar en los GAGs de los proteoglicanos así como en
los núcleos de las proteínas. Este nivel de sulfatación es muy importante para
los proteoglicanos etiquetando funciones y dando una carga neta negativa al
proteoglicano.5
·
Producción
de membrana plasmática: los gránulos de secreción cuando se unen a la
membrana en la exocitosis pasan a formar parte de esta, aumentando el volumen y
la superficie de la célula.
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Formación
de los lisosomas primarios.
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Formación
del acrosoma de los espermios.
Vesículas
de transporte
Las vesículas formadas en el retículo endoplasmático liso forman, uniéndose entre ellas, agregados
tubulo-vesiculares, los cuales son transportados hasta la región cis del
aparato de Golgi por proteínas motoras guiadas por microtúbulos donde se
fusionan con la membrana de éste, vaciando su contenido en el interior
del lumen. Una vez dentro, las moléculas son modificadas, marcadas y dirigidas
hacia su destino final. El aparato de Golgi tiende a ser mayor y más numeroso
en aquellas células que sintetizan y secretan continuamente sustancias, como
pueden ser los linfocitos B y las células secretoras de anticuerpos.
Aquellas proteínas destinadas a zonas alejadas del
aparato de Golgi son desplazadas hacia la región trans, internándose en una
compleja red de membranas y vesículas asociadas denominadas región trans-Golgi.6 Esta región es donde muchas proteínas son
marcadas y enviadas hacia sus correspondientes destinos por medio de alguno de
estos 3 tipos diferentes de vesículas, según el marcador que presenten:6
Tipo
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Descripción
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Ejemplo
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Vesículas de exocitosis
(constitutivas) |
Este tipo de
vesículas contienen proteínas que deben ser liberadas al medio extracelular.
Después de internalizarse las proteínas, la vesícula se cierra y se dirige
inmediatamente hacia la membrana plasmática, con la que se
fusiona, liberando así su contenido al medio extracelular. Este proceso es
denominado secreción constitutiva.
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Vesículas de secreción
(reguladas) |
Este tipo de
vesículas contienen también proteínas destinadas a ser liberadas al medio
extracelular. Sin embargo, en este caso, la formación de las vesículas va
seguida de su almacenamiento en la célula, donde se mantendrán a la espera de
su correspondiente señal para activarse. Cuando esto ocurre, se dirigen hacia
la membrana plasmática y liberan su contenido como en el caso anterior. Este
proceso es Missael secreción regulada.
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Vesículas lisosomales
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Este tipo de
vesículas transportan proteínas destinadas a los lisosomas, unos pequeños orgánulos de degradación en cuyo
interior albergan multitud de hidrolasas ácidas,
lisosomas de almacenamiento. Estas proteínas pueden ser tanto enzimas
digestivas como proteínas de membrana. La vesícula se fusiona con un endosoma tardío y transfiere así su contenido al
lisosoma por mecanismos aún desconocidos.
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Mecanismo
de transporte
Los mecanismos de transporte que utilizan las
proteínas para trasladarse a través del aparato de Golgi no están muy claros
aún, por lo que existen diversas hipótesis para explicar dicho desplazamiento.
Actualmente, existen dos modelos predominantes que no son excluyentes entre sí,
hasta el punto de ser referidos a veces como el modelo combinado.5
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Modelo de maduración de las
cisternas: las
cisternas del aparato de Golgi llevan cabo un movimiento unidireccional desde
la región cis, donde se forman, hasta la región trans, donde son destruidas.
Las vesículas del retículo endoplasmático se fusionan con los dictiosomas de la región
cis para dar lugar a nuevas cisternas, lo que podría generar el movimiento de
las cisternas a través del aparato de Golgi a medida que se van formando nuevas
cisternas en la región cis. Este modelo se apoya en el hecho de que se han
observado al microscopio estructuras mayores que las vesículas de transporte, tales como las
fibras de colágeno, desplazándose a través del aparato de Golgi.5 Inicialmente, esta hipótesis tuvo una gran
acogida y fue la más aceptada hasta los años 80. Los últimos estudios
realizados al respecto por la Universidad de Tokio y la Universidad de Chicago con tecnología más avanzada han permitido
observar con mayor detalle los compartimentos y el proceso de maduración del
aparato de Golgi.7 Además, existen evidencias de movimientos
retrógrados (en dirección cis) de cierto tipo de vesículas (COP1), que
transportan proteínas del retículo endoplasmático mediante el reconocimiento
de péptidos señales.8
1: Vesículas del retículo endoplasmático.
2: Vesículas de exocitosis.
3: Cisterna.
4: Membrana plasmática de la célula.
5: Vesícula de secreción.
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Modelo del transporte
vesicular: el
transporte vesicular asume que el aparato de Golgi es un orgánulo muy estable y estático, dividido en
compartimentos que se disponen en dirección cis → trans. Las
vesículas son las encargadas de transportar el material entre el retículo
endoplasmático y el aparato de Golgi y entre los diferentes compartimentos de
este.9 Las evidencias experimentales que apoyan esta
hipótesis se basan en la gran abundancia de vesículas pequeñas (conocidas
técnicamente como vesículas lanzadera) localizadas en las
proximidades del aparato de Golgi. La direccionalidad vendría dada por las
proteínas trasportadas en el interior de las vesículas, cuyo destino
determinaría el movimiento de avance o de retroceso a través del aparato de
Golgi, aunque también podría suceder que la direccionalidad no fuera necesaria
y el destino de las proteínas viniera ya determinado desde el retículo
endoplasmático. Al margen de esto, es probable que el transporte de vesículas
se encuentre asociado al cito-esqueleto por medio de filamentos de actina, encargados de asegurar la fusión de las vesículas
con sus correspondientes
Funciones
del Complejo Golgi:
Secreción
de productos del R.E.
Modificación
de la fracción glucídica de glucoproteínas y glucolípidos.
Reciclaje
de la membrana plasmática.
Síntesis
de componentes de la pared celular.
La
formación de lisosomas.
5 - Región nuclear: la
región nuclear se caracteriza por estar envuelta por una membrana nuclear,
separando el citoplasma del núcleo.
Este núcleo es generalmente por su tamaño, la mayor
estructura de la célula, con forma esférica u oval, y está envuelto por una
membrana doble denominada membrana nuclear. Contiene en su interior moléculas
de ADN organizadas en cromosomas, donde se concentra toda la información
hereditaria.
La
membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmática, está
conectada al retículo endoplasmático, y posee poros nucleares que permiten la
entrada y salida de substancias. Por lo tanto es una membrana semipermeable.
Los
pasos clave de la información biológica, replicación de ADN y síntesis de ARN,
suceden en el núcleo. El ARN ribosómico es producido por uno o más cuerpos
esféricos denominados nucléolos.
El ácido desoxirribonucleico,
frecuentemente abreviado como ADN, es un ácido
nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas
en el desarrollo y
funcionamiento de todos los organismos vivos
conocidos y algunos virus, y es responsable de su
transmisión hereditaria.
El papel principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo
de información. Muchas veces, el
ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las
instrucciones necesarias para construir otros componentes de las células,
como las proteínas y las moléculas
de ARN. Los segmentos de
ADN que llevan esta información genética son llamados genes,
pero las otras secuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte
en la regulación del uso de esta información genética.
Desde el punto de vista químico,
el ADN es un polímero de nucleótidos,
es decir, un polinucleótido.
Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas
entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones.
En el ADN, cada vagón es un nucleótido,
y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa),
una base nitrogenada (que
puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G)
y un grupo fosfato que actúa como
enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que distingue a
un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base
nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la
secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo
largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a
lo largo de todo el tren) es la que codifica la información
genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En
los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos,
en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones
denominadas puentes de hidrógeno.1
Para que la información que contiene el ADN
pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en
unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades
diferentes, llamados ARN. Lasmoléculas de
ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción.
Una vez procesadas en el núcleo
celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para
su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta
usando el código genético,
que especifica la secuencia de losaminoácidos de
las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón)
para cada aminoácido. Esto es, la información genética (esencialmente: qué
proteínas se van a producir en cada momento del ciclo de vida de una célula) se
halla codificada en las secuencias de nucleótidos del ADN y debe traducirse
para poder funcionar. Tal traducción se realiza usando el código genético a
modo de diccionario. El diccionario "secuencia de nucleótido-secuencia de
aminoácidos" permite el ensamblado de largas cadenas de aminoácidos (las
proteínas) en el citoplasma de la célula. Por ejemplo, en el caso de la
secuencia de ADN indicada antes (ATGCTAGATCGC...), la ARN polimerasautilizaría
como molde la cadena complementaria de dicha secuencia de ADN (que sería TAC-GAT-CTA-GCG-...)
para transcribir una molécula de ARNm que se leería AUG-CUA-GAU-CGC-... ;
el ARNm resultante, utilizando el código genético, se traduciría como la
secuencia de aminoácidos metionina-leucina-ácido aspártico-arginina-...
Las secuencias de ADN que constituyen la
unidad fundamental, física y funcional de la herencia se denominan genes.
Cada gen contiene una parte que se transcribe a
ARN y otra que se encarga de definir cuándo y dónde deben expresarse.
La información contenida en los genes (genética) se emplea para generar ARN
y proteínas, que son los
componentes básicos de las células, los "ladrillos" que se utilizan
para la construcción de los orgánulos
u organelas celulares, entre otras funciones.
Dentro de las células, el ADN está organizado
en estructuras llamadas cromosomas que,
durante el ciclo celular,
se duplican antes
de que la célula se divida. Los organismos
eucariotas (por ejemplo, animales, plantas,
y hongos)
almacenan la mayor parte de su ADN dentro del núcleo
celular y una mínima parte en elementos
celulares llamados mitocondrias,
y en los plastos y los centros
organizadores de micro-túbulos o centríolos,
en caso de tenerlos; los organismos procariotas (bacterias y arqueas)
lo almacenan en el citoplasma de la célula,
y, por último, los virus ADN lo hacen en el
interior de la cápsida de naturaleza
proteica. Existen multitud de proteínas, como por ejemplo las histonas y
los factores de transcripción,
que se unen al ADN dotándolo de una estructura tridimensional determinada y
regulando su expresión. Los factores de transcripción reconocen
secuencias reguladoras del ADN y especifican la pauta de transcripción de los
genes. El material genético completo de una dotación cromosómica se
denomina genoma y, con pequeñas
variaciones, es característico de cada especie.
Las proteínas.
Las proteínas son
biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρωτεῖος("proteios"), que significa
"primario" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar.
Por sus propiedades físico-químicas, las proteínas
se pueden clasificar en proteínas simples (holoproteidos), que por hidrólisis dan solo aminoácidos o sus derivados; proteínas conjugadas (heteroproteidos), que por hidrólisis dan aminoácidos acompañados de sustancias
diversas, y proteínas derivadas, sustancias formadas por desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores. Las
proteínas son indispensables para la vida, sobre todo por su función plástica
(constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus
funciones biorreguladora (forma parte de las enzimas) y de
defensa (los anticuerpos son proteínas).1
Las proteínas desempeñan un papel fundamental para
la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el
crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones
diferentes, entre las que destacan:
Las proteínas están formadas por cadenas lineales
de aminoácidos. Los mismos son sintetizados por los ribosomas.
Las proteínas de todos los seres vivos están
determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos
antimicrobianos de síntesis no ribosomal),
es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene
una célula, un tejido y un organismo.
Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se
encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son
susceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas
expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.
Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por
un gran número de átomos. Generalmente se
pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.
A menudo el término
macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa
atómica.1 Pueden ser tantoorgánicas como inorgánicas, y algunas de gran
relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas
orgánicas sintéticas se
encuentran los plásticos. Son moléculas muy
grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se
obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamados
"monómeros" unidos entre sí mediante enlaces covalentes.
Forman largas cadenas
que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de
hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.
Por lo general, se
analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño, el cual consta
de una masa molecular relativamente pequeña, por ejemplo la molécula de la sal
común (NaCl) consta de solo dos átomos y la masa molecular relativa es de 58.
En cambio, existen muchas clases de moléculas que poseen una composición mucho
más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su
masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas.
Específicamente una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa
no menos de 10.000. Además los eslabones que unen la molécula no conducen a
variación en las propiedades físicas, si estos son adicionados de manera
complementaria. Por ejemplo la molécula del polietileno, cuya masa molecular
relativa es de 280.000 y consta de 20.000 eslabones de grupos CH2.
Otro ejemplo es la molécula del ácido
ribonucleico;
consta de 124 eslabones que se repiten, conformados por 17 aminoácidos
diferentes. Su fórmula química es C575H901O193N171S12,
su masa molecular relativa es de 13.682. Los polímeros son sustancias
conformadas por macromoléculas.
Desde hacia un tiempo
se denominaron a cierto grupo de moléculas los coloides, en una época que no se
conocía la existencia de la macromolécula, los coloides tenían una apariencia
gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin atravesar las
membranas, lo cual sucede lo contrario por ejemplo con la sal común que se
difunden muy bien y pasa a través de las membranas, estas sustancias fueron
llamadas cristaloides por su buena conformación estructural. En lo sucesivo fue
descubierto que en condiciones determinadas los cristaloides podían adquirir un
“estado coloidal”, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa
relativa baja. La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen
a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo
general una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace
de los átomos en las macromoléculas es covalente.
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