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UP 1 TEORIAS EVOLUTIVAS Evolución Proceso de cambios que sufren las especies debido a los cambios que se producen en el ambiente. Si el ambiente no cambia, no hay evolución. Evolución biológica Todos los seres vivos pertenecen a una gran familia que se ha desarrollado a través de un proceso de cambios en el transcurso de la historia de la Tierra. Un gran interrogante del siglo XIX el ¿Cómo llegamos a ser lo que somos? ¿como nos convertimos en la especie dominante? ¿Cómo se originó cada especie habitable en la tierra?. La evolución intenta explicar no sólo el origen de cada una de las especies, sino también el hecho de que todos y cada uno de los seres vivos sobre la Tierra comparten un ancestro primitivo en común, del que salieron un sinfín de variedades las cuales podemos ver viviendo en la actualidad y en los fósiles encontrados. Especie Conjunto de poblaciones naturales que se cruzan entre sí y quedan aislados reproductivamente de otras especies. Teoría de evolución Es de descripción comprensiva explicativa y con carácter predictivo del origen de la especie por transformación del mundo viviente. Teoría de los caracteres adquiridos Lamark. En esta teoría se plantea que aquellas características que fueron adquiridas por las especies que son ventajosas para la supervivencia y adaptación se van perfeccionando y se van trasladando a la descendencia y aquellas que no son ventajosas son desechadas, es decir no aparecerán en generaciones futuras. 1 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Teoría de Darwin El naturalista inglés (1809-1882) en su obra “El origen de las especies” formuló 2 ideas fundamentales: la existencia de la evolución biológica y la existencia de un mecanismo básico responsable, la selección natural La selección natural ● Obra sobre variaciones individuales puramentes casuales para permitir que se perpetúen los individuos mejores adaptados. ● Opera a través de la reproducción diferencial Qué es la diferentes capacidades del individuo para dejar descendencia. El aporte crucial de Darwin se centra en 2 aspectos: En las especies con reproducción sexual No hay dos individuos iguales siendo al azar el origen de estas variaciones individuales. Factores que interactúan en la evolución por selección natural: variabilidad individual + ambiente ------> diferente adaptación Reproducción diferencial + tiempo ------> acumulación de diferencias EVOLUCION. La crisis del darwinismo hacia el neodarwinismo Darwin no puede explicar Cuáles eran las causas de las variaciones individuales al azar ni los mecanismos que aseguraban su transmisión a la descendencia. Aunque no se conocían entre sí, para la misma época Gregor Mendel proponía sus principios o leyes de la herencia. Mendel demostró que cada carácter estaba Regido por dos unidades independientes e inalterables: una procedente del padre y otra de la madre. Posteriormente, se llamó genes a dicha unidad y genética a la ciencia que estudia la herencia. Asimismo se definían dos conceptos fundamentales Genotipo: Los genes de un organismo con respecto a una característica el conjunto de genes que determinan las características hereditarias de un organismo (equivalente a genoma). Fenotipo: El conjunto de caracteres desarrollados por el individuo. 2 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Neodarwinismo A mediados del siglo XX, surge el neodarwinismo de los aportes al darwinismo de la genética, la biología y la panteología. Aportes a la genética Se produjo la síntesis de los aportes a la genética es conocido por entonces y la teoría de la evolución por selección natural de Darwin. La genética de población tiene en cuenta 2 niveles en el proceso de selección: ● El plano individual o de los fenotipos cada uno de los cuales sufre directamente la acción del medio. ● El plano poblacional de los genes (que se denomina pool de genes) qué pasa de generación en generación y en los que registran los cambios biológicos. Pool de genes o acervo genético: es la suma total de genes y de sus diversos alelos en una población de organismo de la misma especie. El efecto de la selección natural determina que nuevos alelos o combinaciones genéticas aumenta o disminuye la eficacia biológica (mayor supervivencia y fertilidad) del individuo. Cuando esto sucede la frecuencia de dichos genes aumentará en la población. La eficacia biológica se define para cada individuo como su contribución de descendientes a la siguiente generación. los componentes principales de la eficacia biológica son la viabilidad y la fertilidad El melanismo Industrial: Las 2 variantes fenotipicas de la mariposa biston betularia. La mariposa nocturna biston betularia presenta por razones genéticas una variedad de color blanco y negro. En Inglaterra hasta la Revolución Industrial, la blanca fue la más común porque se disimulaba bien contra el fondo claro de los líquenes que cubrían los árboles donde se posa de día y no era visible para los pájaros que se la comen. Durante la Revolución Industrial, la polución del aire destruye los líquenes dejando Los troncos desnudos. ahora la forma negra se mimetizaban mejor contra los árboles y las blancas fue reemplazada en gran cantidad por ella. En la actualidad, la calidad del aire ha mejorado y existen regiones donde los árboles han sido nuevamente cubierto por los líquenes. Por eso la especie blanca está aumentando. Esta especie pudo responder a los sucesivos cambios ambientales porque disponían de riqueza genética. El fenotipo de adaptación de esta mariposa se conoce como melanismo industrial y es un ejemplo de ventaja resultante para una especie de que sus miembros conserven variabilidad genética. 3 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 La variabilidad fenotipica es la diferencia que existe entre los individuos de la misma especie como consecuencia de poseer genotipo diferente y o enfrentar ambientes diferentes. Los genes que confieren mayor adaptación a los individuos aumenta la eficacia biológica de los mismos. Como consecuencia, el neodarwinismo afirma que Irán aumentando progresivamente su frecuencia en la población y se irá eliminando los genes más desfavorables. Si esta situación de genes abarca un número importante de los y la población acabará siendo muy distinta a la inicial y se originara una nueva especie. Especiación: es el proceso evolutivo que lleva a la aparición de una nueva especie. Aportes a la biología Especie: es un conjunto de poblaciones naturales que se cruzan entre sí real o potencialmente y que han quedado reproductivamente aislados de otras especies. Aislamiento reproductivo: significa que en condiciones naturales los miembros de especies diferentes no se cruzan entre sí. Mayr formuló además uno de los mecanismos de especiación, conocido como especiación alopátrica o geográfica. Este proceso comienza con la separación geográfica entre poblaciones de una misma especie. Los aportes de la panteología: tiempo y modo de evolucion Simpson's verificó que la evolución biológica puede consistir en la acumulación de pequeñas variaciones en el seno de la población. estudio los registros fósiles del caballo y comprobó la aparición de Pequeños cambios y progresivamente invaden la población y conducen a la diferenciación gradual de la misma ocurriendo primero microevolución. De persistir la tendencia evolutiva, se produce el aislamiento reproductivo y la diferenciación definitiva de nuevas especies o especiación. Este proceso de cambios, al prolongarse durante millones de años, da origen a descendientes que se clasifican como pertenecientes a diferentes géneros, familia etc. Este gran proceso evolutivo se denomina macroevolucion.Microevolucion: son los cambios evolutivos que conducen a la formación de nuevas razas geográficas (o subespecie) a menudo como resultado de alteraciones de un solo Gen o de un pequeño número de ellos En tiempos relativamente cortos. Es potencialmente reversible. 4 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Macroevolucion: son cambios evolutivos en muchos genes o en casi todo el genoma seguido de la aparición de nuevas especies y que permiten su clasificación en categorías taxonómicas progresivamente mayores incluyendo genero familia etcétera. Es Irreversible. Teoría del equilibrio puntuado La teoría del equilibrio puntuado Establece que las especies pasan largos periodos de estabilidad hasta que sobreviene un punto o nodo que inicia una etapa de crisis en la que se producen cambios drásticos en el ambiente que conducen a la extinción o especiación. El motivo de la crisis suelen ser profundas modificaciones en el ambiente. ● El cambio gradual no conduce a la especiación ● El neodarwinismo no puede explicar la estasis evolutiva. ● Las poblaciones poseen mecanismo de homeostasis genética Estasis evolutiva ausencia de evolucion comprobada en algunas especies durante miles y aún millones de años. La macroevolucion se produce por una drástica y brusca alteración de los mecanismos de homeostasis genética. La homeostasis genética se quiebra después de un largo periodo de estabilidad en un punto o nodo que comienza un proceso evolutivo rápido de unos pocos miles de años. A continuación la nueva especie cobrar a la estabilidad. LA HOMINIZACIÓN El ser humano es el producto de un prolongado proceso evolutivo. Todos los seres humanos actuales pertenecen a la especie Homo sapiens. Los seres humanos son primates, uno de los géneros comprendidos en la clase mamifera. El origen de los primates es antiguos, contemporáneo a los dinosaurios en el período terciarios, hace 200 millones de años. Los primitivos primates eran pequeños seres insectivoros, arborícolas, de vida nocturna, alertas, activos y ágiles entre las ramas. Los primates actuales comprenden varios grupos ● Prosimios: tercios y lemures ● Monos del Nuevo Mundo: o mono de cola larga (o monos americanos) ● Monos del Viejo Mundo: o mono sin cola. 5 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 ● Grupo humanoides que abarca: * Monos austropoides orangutanes gorilas y chimpancés * Hominoides o homínidos Homínidos: categoría que comprende a los hombres actuales y a todos sus ancestros ya extinguidos. Los primates presentan el cráneo de mayor tamaño con relación al tamaño del cuerpo entre todos los mamíferos. A su vez, dentro de los primates también hay una escala ascendente del tamaño relativo del cerebro que va desde los prosimios hasta los monos australoides, pasando por los monos del nuevo y del Viejo Mundo ya que culmina con el cerebro del homosapiens que es tres veces superior a la de los monos austropoides modernos (chimpancés 450 cm3). Otra adaptación evolutiva de los primates es la mano que adquirió El pulgar oponible para asir las presas. La extremidad de los dedos se ensancho, almohadillo y ganó sensibilidad. Las garras Fueron reemplazados por uñas planas. Esta adaptación en combinación con la visión diurna les permitió ampliar la capacidad exploratoria en su activa vida nocturna. El proceso de hominización Hominización: proceso evolutivo que a partir de ancestros comunes con el chimpancé, culminó con la aparición del homo sapiens hace alrededor 100000 años. Género australopithecus: comprende a varias especies hominidas ya extinguidas que aparecieron en África hace alrededor de 4 millones de años. Los últimos australopithecus se desaparecieron hace 2 millones de años. Nunca salieron de África. Las características que definen a estos antiguos homínidos es la adquisición de la bipedestación que es muy anterior al aumento del volumen craneal y cuya presencia Define a todos los homínidos. Los restos fósiles más famosos corresponden a una hembra de la especie. Australopithecus afarensis, a quien su descubridor llamo Lucy. está dotada en alrededor de millones de años de antigüedad. El examen de los huesos de la cadera, del fémur y del pie permite afirmar que eran bípedos completos. Pese a ello, los australopithecus poseían una capacidad craneana pequeña, comparable a la del chimpancé actual (350 a 450 cm3). Si bien existieron varias especies de australopithecus, todas tuvieron en común la marcha bípeda, un cráneo pequeño con la capacidad de entre 400 y 500 cm3 y una perceptible reducción del tamaño de los dientes respecto a los monos actuales. Estos homínidos habían abandonado el bosque y vivieron en las praderas. Es probable que hayan utilizado algún tipo de herramientas Aunque hasta ahora no se han hallado evidencias. 6 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Género homínido más antiguos: se hallaron en África restos fósiles que señalaban la existencia de un género más antiguo que el australopithecus tales como, australopithecus ramidus y orrorin tugénesis, de 6 millones de años de antigüedad. Aparición del género homo: el rasgo evolutivo del género homo es el progresivo aumento del volumen craneal. Homo habilis Convivieron en distintos puntos de África Cómo cerca de sus restos se encontraron las primeras herramientas de piedras se la llamó homo habilis. El volumen craneal alcanzó los 700 cm3. Estas herramientas de piedras son las más antiguas 2.4 millones de años. Homo erectus: Apareció en África hace un millón y medio de años. Su capacidad craneana era mayor a la del Mono habilis y era un cazador-recolector, cuya herramientas de piedras eran más elaboradas. Usó el fuego aunque no se sabe si podía encenderlo. Vivió en cavernas. Fue el primer homínido que salió de África hace 1000000 de años y pasó a Europa y Asia para finalmente extinguirse. Homo sapiens: Nuestra propia especie, apareció en África hace 150000 años, tiene un volumen craneal superior a los 1350 cm3. En el adulto, lo habitual es de 1400 a 1500 cm3. Si bien el origen del homo sapiens sigue suscitando dudas en los últimos años, con los estudios de biología molecular, ha cobrado relevancia la hipótesis de origen único (también conocida como “el Arca de Noé”) la misma sostiene que una única población de homo erectus africano había evolucionado hasta homosapiens y que, entre 50000 y 75000 años atrás pequeños grupo de esto Homo Sapiens totalmente evolucionado fueron saliendo de África. Pasaron primero a Asia y Europa, después a Oceanía y finalmente llegaron a América desde Siberia. Las causas de estas migraciones estarían relacionadas con la extrema descentralización de África como consecuencia de los dramáticos cambios de la última glaciación. La teoría más aceptada sostiene que todos los humanos modernos descendemos de una población de homo sapiens africano. 7 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 El enigmático hombre de neandertal (homo neanderthalensis) Ciertas poblaciones europeas de homo erectus daban origen al homo neardentales. Su capacidad craneana excedió la del homo sapiens oscilaba entre 1500 y 1600 cm3. El mayor volumen craneal fue el predominio de los lobulos parietales de nuestro cerebro en donde predomina el desarrollo de la corteza prefrontal. Los neandertales fueron una especie homínida propia de Europa, plenamente adaptadas a las duras condiciones de la glaciación y con cultura compleja que incluían ritos funerarios, elaboración de adornos, etc. En la actualidad existen evidencias irebatibles del cruzamiento entre ellos y nuestras propias peces ya que todas las poblaciones actuales conservamos en nuestro genoma un 2 a 4% de genes neandertales. Finalmente30.000 al 40.000 años atrás, los neandertales se extinguieron sin que sepamos a ciencias exactas las causas. Excepto Homo Sapiens, todos los homínidos se han extinguidos. LINAJE EVOLUTIVO Mano y brazo por de presiones selectivas que fueron favoreciendo una mayor eficiencia para correr, excavar y capturar las presas llevando el desarrollo de pezuñas y garras en la mayoría de los mamíferos. Adquirió uñas en lugar de garras dejando libre la superficies táctiles de los dedos, incrementando en gran medida la sensibilidad de los dedos para explorar y manipular. Los primates lograron torcer el radio por encima del cúbito. Agudeza visual por presiones selectivas en el hábitat arbórea Se observa el desplazamiento de los ojos hacia una posición frontal lo cual posibilita el establecimiento de una visión estereoscópica. En casi todos los primates, las retinas tienen conos y bastones. Postura vertical capacidad adaptada por la vida arbórea. En consecuencia está o posturas es el cambio de la orientación de la cabeza permitiendo mirar hacia adelante mientras mantienen una postura vertical. Cuidado de las crías en los primates de mayor tamaño las crías maduran lentamente y atraviesan largos periodos de dependencia y aprendizaje. Esto dio paso a un incremento en el tiempo cuidado de las crías. 8 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 HISTOLOGIA CELULAR Citoplasma celular Generalidades La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los organismos multicelulares. Las funciones específicas se identifican con estructuras y regiones específicas de la célula, aunque algunas células tienen un grado de especialización desarrollando una de estas funciones (células musculares). Las células están divididas en dos compartimientos: el citoplasma y el núcleo. El citoplasma es la parte de la célula que esta fuera del núcleo, el cual contiene orgánulos e inclusiones en un gel acuoso llamado matriz citoplasmática o citosol. El núcleo es el orgánulo más grande de la célula y contiene el genoma y enzimas. Los orgánulos se clasifican en membranosos y no membranosos. Estos son sistemas que delimitan un espacio en el cual se desarrollan las funciones metabólicas. Todas las células tienen los mismos orgánulos, los cuales adoptan formas vesiculares, tubulares, enrolladas o replegadas. Esto aumenta la superficie sobre la cual se desarrollan las reacciones. Los espacios encerrados por los orgánulos se denominan microcompartimientos intracelulares. Además de los orgánulos el citoplasma contiene inclusiones, materiales que no están rodeados de membrana biológica. Orgánulos membranosos Membrana plasmática Es una estructura de lípidos en capa doble (vista al MET). Es dinámica y participa en diversos procesos. En las imágenes al MET se ve como dos capas electrodensas separadas por una capa electrolucida. Su espesor es de 8 a 10 nm. La interpretación de la organización molecular de la membrana consiste en el modelo de mosaico fluido modificado. La membrana está compuesta por fosfolipidos, colesterol y proteínas. Los fosfolipidos forman un estrato doble (bicapa lipidica) anfipatico, con una parte hidrófila (grupos polares de las cabezas lipidicas) y otra hidrófoba (cadenas de ácidos grasos enfrentados). Las proteínas constituyen cerca de la mitad de la masa total de la membrana. La mayoría de ellas están dentro de la bicapa o la atraviesan por completo y se denominan proteínas integrales de membrana. Las otras no están insertas en la bicapa sino que se asocian con ella por interacciones iónicas. Además en la superficie extracelular se pueden unir 9 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 carbohidratos a las proteínas o a los lípidos, para formar glucoproteinas o glucolipidos, moléculas que forman una capa que se conoce como glucocaliz, contribuyendo al establecimiento de microambientes con funciones especificas. Según ciertos experimentos, la membrana lipidica se comporta como un fluido, por lo que las proteínas se desplazan a través de ella. Este movimiento no es aleatorio, sino que hay regiones que contienen concentraciones elevadas de colesterol y glucoesfingolipidos llamadas almadias lipidicas, las cuales contienen proteínas que participan en la señalización equipadas con elementos para recibir y transmitir señales rápidas a las proteínas próximas. Las proteínas integrales pueden verse a través de un método que se denomina criofractura, en el cual las membranas se dividen a lo largo del plano hidrófobo, dejando expuestas dos caras internas, una cara E (próxima al LEC) y una cara P (próxima al LIC). Estas proteínas tienen funciones específicas y se pueden clasificar en: bombas, canales, proteínas receptoras, proteínas ligadoras, enzimas y proteínas estructurales. Endosomas Existen compartimientos limitados por membrana que están relacionados con los mecanismos endociticos (ver transporte a través de membrana), los cuales se denominan endosomas tempranos y se encuentran cercanos a la membrana celular donde se fusionan las vesículas originadas que retornan a ella. Sin embargo ciertas vesículas viajan desde ellos a estructuras más profundas llamadas endosomas tardíos, los cuales generalmente se convierten en lisosomas. Las vesículas que transportan sustancias desde los endosomas tempranos a los endosomas tardíos se denominan cuerpos multivesiculares (MVB), los cuales son transportadores selectivos. En los endosomas tempranos se clasifican y separan las proteínas destinadas al reciclaje y al envasado de MVB, incorporadas por endocitosis. En un primer lugar se separa el ligando y el receptor y luego pueden ocurrir tres procesos: el ligando se envía hacia los endosomas tardíos y el receptor regresa a la membrana, el ligando y el receptor se envían a los endosomas tardíos para su degradación o tanto el ligando como el receptor viajan a través de la célula (transcitosis). Los endosomas tardíos destinados a convertirse en lisosomas, necesitan hidrolasa. A través de la comunicación vesicular con el RER, reciben prohidrolasa (precursor inactivo), la cual forma una región de señal expuesta a la superficie a la que se añade manosa-6-fosfato, cuyo receptor se encuentra en los endosomas, lisosomas y Complejo de Golgi. Al recibir esta proteína, la red trans-Golgi, la libera hacia los endosomas, los cuales maduran en lisosomas, donde se activa la hidrolasa por escisión y extracción de los grupos fosfatos. 10 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Lisosomas Son orgánulos digestivos con abundancia de enzimas hidroliticas (proteasas, glucosidasas, lipasas y fosfolipasas). Tienen a su cargo la degradación de macromoléculas derivadas de la endocitosis como de la propia célula. Se generan a partir del complejo de Golgi y reciben el nombre de lisosomas primarios. Luego al unirse con endosomas se denominan lisosomas secundarios. Poseen una membrana singular resistente a la hidrólisis por sus propias enzimas, la cual está formada por fosfolipidos no habituales, colesterol y un lípido denominado acido liso-bifosfatidico. También contiene proteínas estructurales de membrana, las cuales están muy glucosiladas en la superficie. Esta superficie está cubierta por moléculas de sacáridos que sirven de protección. Además posee una bomba de protones (H+) que ingresa protones para mantener un pH acido. La membrana también contiene proteínas transportadoras que llevan los productos finales de la digestión hacia el citoplasma para la síntesis o exocitosis. Todas las proteínas de membrana se originan en el RER y pasan al Golgi para su clasificación. Los materiales a digerir pueden ser: -Partículas extracelulares grandes: ingresa por la fagocitosis, donde ingresa un fagosoma, que al fusionarse con un lisosoma formaun fagolisosoma. -Partículas extracelulares pequeñas: ingresan por endocitosis pasando por endosomas tempranos y tardíos, hasta llegar al lisosoma. -Partículas intracelulares: componentes de la propia célula son aislados de la matriz citoplasmática por membranas transportadas a los lisosomas, lo que se denomina autofagia. Se divide en macroautofagia, donde se digiere un orgánulo entero y microautofagia, donde se degradan proteínas citoplasmáticas. La degradación hidrolitica del contenido de los lisosomas a menudo produce una vacuola repleta de detritos denominada cuerpo residual que puede permanecer allí por el resto de la vida de la célula. Retículo Endoplasmático Rugoso Forma parte del sistema de síntesis proteica junto a los ribosomas. Está formado por una serie de sacos aplanados e interconectados, llamados cisternas, con ribosomas adosados a su superficie por proteínas de acoplamiento ribosómico. Es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear. Los ribosomas forman sucesiones espiraladas llamadas polirribosomas. La producción de proteínas comienza por la transcripción, en la cual se forma ARNm a partir de ADN y sigue con la traducción en la cual se forma un polipeptido en el polirribosoma. Cuando estos últimos forman los polipeptidos, la proteína es ingresada a la luz de la cisterna donde sufre modificaciones para ser transportada, o utilizada en el núcleo, membrana 11 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 plasmática, lisosomas o Golgi. Estas proteínas tienen un grupo de aminoácidos denominados péptido señal que se fija a un receptor en la membrana del RER, donde se inserta y la atraviesa, proceso que se conoce como introducción cotraduccional. Si la proteína no sufre modificaciones no puede abandonar el RER. Una vez completada la traducción el ribosoma se desprende de la membrana. Cuando se completa la modificación de las proteínas, estas son enviadas al Complejo de Golgi. En este transporte participan vesículas cubiertas por dos proteínas que median su transporte: COP-I: cubre las vesículas de transporte retrogrado (desde Golgi a RER) y COP-II cubre las vesículas de transporte anterogrado (desde RER a Golgi). Retículo Endoplasmático Liso Compuesto por túbulos cortos anastomosados que no se asocian con ribosomas, ya que carece de proteínas de acoplamiento ribosómico. En la célula esquelética y cardiaca también se llama retículo sarcoplasmatico (secuestra Ca+2, indispensable para el proceso contráctil). Interviene en la desintoxicación y conjugación de sustancias nocivas, ya que posee diversas enzimas desintoxicantes que están unidas a la membrana, las cuales modifican y desintoxican compuestos hidrófobos, convirtiéndolos en productos conjugados hidrosolubles que pueden eliminarse. También participa en el metabolismo de los lípidos y esteroides, del glucógeno y la formación y el reciclaje de las membranas. Aparato de Golgi Es una red apilada (rimeros) de sacos aplanados o cisternas y extensiones tubulares. En asociación con las cisternas existen pequeñas vesículas que participan en el transporte. Está polarizado. Las cisternas ubicadas más cerca del RER representan la cara formadora o red cis-Golgi (CGN) y las cisternas más alejadas del RER constituyen la cara madurativa o red trans-Golgi, mientras que las que se ubican en el medio de las dos se denominan Golgi intermedio. Las vesículas de transporte cubiertas con COP-II provenientes del RER, desplazan las proteínas desde una cisterna a la siguiente (brotando de una y fundiéndose en la otra). Mientras atraviesan los rimeros sufren modificaciones, tales como: glucosilacion de proteínas, adquisición de M-6-P por parte de las proteínas que se envían a endosomas o fragmentación de ciertas proteínas. Por lo tanto este orgánulo se encarga de la modificación, clasificación y envasado de proteínas. Las proteínas abandonan el Golgi desde la TGN, siendo llevadas a: -Membrana plasmática apical: proteínas extracelulares y de membrana. -Membrana plasmática basolateral: proteínas de membrana de células epiteliales. -Endosomas o lisosomas: proteínas con M-6-P (no siempre son clasificadas precisas). 12 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 -Citoplasma apical: proteínas que sufren aglomeración o cristalización (exocitosis). A su vez las proteínas que llegan a la TGN se distribuyen en sitios intracelulares diferentes de acuerdo a señales clasificadoras (cubierta adecuada) y propiedades físicas (distribución funcional). Mitocondrias Están presentes abundantemente en células que generan y consumen gran cantidad de energía. Se dividen independientemente del ciclo celular y pueden migrar a cualquier parte de la célula. Son generadoras de ATP. Se cree que evolucionaron desde un procarionte que vivía en simbiosis en células eucariontes primitivas, debido a que poseen su propio genoma (ADN mitocondrial: circular), produce ciertas proteínas estructurales, sintetiza sus propios ribosomas y se divide. Exhiben formas diversas, como esferas, bastones, filamentos o hélices. Poseen dos membranas, la interna que rodea un espacio llamado matriz y la externa que está en contacto con el citoplasma. Estas estructuras presentan características: -Membrana mitocondrial externa: es lisa, contiene muchos canales anionicos dependientes del voltaje, posee receptores para proteínas que se translocan. -Membrana mitocondrial interna: es más delgada que la externa, posee múltiples pliegues (crestas) que aumentan su superficie, tiene una gran cantidad de cardiolipina (impermeable a los iones), contiene proteínas para producir oxidación de la cadena respiratoria, sintetizar ATP (ATP sintetasa) y regular el transporte de metabolitos -Espacio intermembrana: ubicado entre las dos membranas, contiene enzimas (cinasas, citocromo c). -Matriz: rodeada por la membrana mitocondrial interna, contiene diversas enzimas. Sus productos principales son CO2 y NADH, fuente de electrones para la cadena de transporte electrónico. Las mitocondrias pueden acumular cationes en contra de su gradiente de concentración, por lo que regulan la concentración iónica de la matriz citoplasmática. Generan ATP a partir de diversos mecanismos. La energía de estas reacciones se producen el impulso de una serie de bombas de protones que transfieren H+ desde la matriz hacia el espacio intermembrana, lo que produce un gradiente electroquímico de protones lo que ocasiona el movimiento de H+ hacia el interior de la matriz donde la ATP sintetasa, produce la síntesis de ATP (retorno de protones=acoplamiento quimiostatico). El ATP es transportado desde la matriz hacia el espacio intermembrana, desde donde abandona la mitocondrial a través de canales anionicos, siendo introducido ADP a la mitocondria. 13 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Las mitocondrias son las responsables del inicio de la apoptosis (muerte celular), por la liberación de citocromo c al citoplasma, desencadenando una serie de reacciones enzimáticas. Peroxisomas Son orgánulos esféricos pequeños limitados por membranas que contienen enzimas oxidativas (catalasa y otras peroxidasas). Todas las enzimas oxidativas generan peróxido de hidrogeno (H2O2: agua oxigenada) como producto de la oxidación, la cual es una sustancia toxica, por lo que la catalasa lo degrada en oxigeno y agua, protegiendo a la célula. Las proteínas que están en la luz y en la membrana del orgánulo son producidas en los ribosomas citoplasmáticos y son importadas al orgánulo, debido a que tienen una señal de orientación peroxisomica. Orgánulos no membranosos Microtúbulos Son tubos proteicos huecos, rígidos y no ramificados que pueden desarmarse en un sitio y rearmarse en el otro. Crecen desde el centro organizador de microtubulos (MTOC),cerca del núcleo y se extienden hacia la periferia celular. Consisten en 13 protofilamentos de moléculas globulares dimericas de la proteína tubulina dispuestos en forma circular. El dímero de tubulina está formado por una molécula de α-tubulina y una de β-tubulina. Los dímeros se polimerizan extremo con extremo, cabeza con cola, la molécula α de un dímero se une con la β del otro. La formación de microtubulos se produce en una parte del MTOC que posee centenares de anillos de γ-tubulina, a la cual se añaden las dos moléculas nombradas utilizando la hidrólisis de GTP (guanosina trifosfato). Los microtubulos son polares y poseen un extremo minus correspondiente a la α-tubulina, incluido en el MTOC y un extremo plus correspondiente a la β-tubulina que se alarga hacia la periferia celular. Existen proteínas que evitan la despolimerización que se denominan proteínas asociadas con los microtubulos (MAP). Existe un proceso de remodelación constante conocido como inestabilidad dinámica por la cual los túbulos se alargan y se retraen por la polimerización y despolimerización. Los microtubulos se encuentran en el citoplasma, cilios, flagelos, centriolos, en el huso mitótico y en las prolongaciones celulares como axones. Intervienen en numerosas funciones como: transporte vesicular, movimiento de cilios y flagelos, fijación de los cromosomas al huso mitótico, alargamiento y movimiento de las células y mantenimiento de la forma celular. Sirven como guía en el movimiento de estructuras debido a proteínas motoras se unen a ellos, ya sea dineinas, mueven hacia el extremo minus, o cinesinas, mueven hacia el extremo plus. 14 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Microfilamentos Los filamentos de actina se arman por polimerización de moléculas de actina para formar una estructura lineal helicoidal. Son más delgados, cortos y flexibles que los microtubulos. Las moléculas de actina libres en el citoplasma se conocen como actina G (globular) y la polimerizada de los filamentos se conoce como actina F (filamentosa). Tienen dos extremos, uno de crecimiento rápido, denominado extremo plus y otro de crecimiento lento, denominado extremo minus. El control de la polimerización es llevado a cabo por proteínas fijadoras de actina (ABP). Varias proteínas pueden modificar los filamentos de actina, tales como: -Proteínas formadoras de fascículos: establecen enlaces cruzados entre los filamentos para que adopten posición paralela o de fascículo (fascina y fimbrina). -Proteínas cortadoras de filamentos: cortan los largos filamentos (gelsolina). -Proteínas formadoras de casquetes: volquean la adición de más moléculas de actina uniéndose al extremo libre de un microfilamento (tropomodulina). -Proteínas formadoras de enlaces cruzados: forma enlaces cruzados pero no produce fascículos (espectrina). -Proteínas motoras de la actina: perteneces a la familia de las miosinas, las cuales hidrolizan ATP para el movimiento desde extremo minus a extremo plus. Los filamentos de actina a menudo se agrupan en fascículos cerca de la membrana plasmática y cumplen funciones como: -Anclaje y movimiento de proteínas de la membrana: uniones celulares (adhesión). -Formación del núcleo estructural de las microvellosidades. -Locomoción celular. -Emisión de prolongaciones celulares. Filamentos intermedios Tienen función de sostén o estructural. Se denominan intermedios porque su diámetro es intermedio entre los filamentos de actina y los microtubulos. Sus subunidades proteicas tienen especificidad, no poseen actividad enzimática y forman filamentos no polares, los cuales no desaparecen y se vuelven a formar de forma continua. Las proteínas que los forman tienen un dominio bastoniforme central con dominios globulares en los extremos. Los filamentos intermedios se forman a partir de un par de monómeros helicoidales que se enroscan entre sí para formar dímeros superenrollados. Luego dos de ellos se enroscan entre sí en forma antiparalela (paralela en sentidos opuestos) para producir un tetrámero escalonado. Cada tetrámero se alinea a lo largo del eje del filamento. Los filamentos intermedios se agrupan en cuatro clases: queratinas, de vimetina y simil vimetina, neurofilamentos y láminas. Diversas proteínas asociadas a los filamentos 15 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 intermedios funcionan como partes integrales en el citoesqueleto como: las plectinas, unen microtubulos, filamentos de actina y filamentos intermedios; y desmoplaquinas, simil desmoplaquina y placoglobinas, que adhieren los filamentos intermedios. Centriolos Son cilindros citoplasmáticos cortos, en pares, formados por nueve tripletes de microtubulos. En las células en reposo, los centriolos poseen una orientación ortogonal: uno de los centriolos se dispone en Angulo recto respecto del otro. Suelen encontrarse cerca del núcleo y con frecuencia están parcialmente rodeados por Golgi. Además, a su alrededor hay una zona de material pericentriolar denso y amorfo. La región que contiene los centriolos se denomina MTOC, el cual se desarrolla solo ante la presencia de éstos. Las funciones de los centriolos pueden clasificarse en categorías: -Formación de cuerpos basales: necesarios para el armado de cilios y flagelos. Se forman por la replicación de centriolos que origina múltiples procentriolos, cada uno de los cuales migra hacia un sitio adecuado de la superficie celular. -Formación de husos mitóticos: durante la mitosis se forman los MTOC y los microtubulos astrales, los cuales se encuentran alrededor de cada uno de ellos. Establecen el eje del huso mitótico y se forma por microtubulos de origen cromosómico. Los tres microtubulos del triplete están fusionados y se denominan: microtubulo A (mas interno, anillo completo), microtubulo B y microtubulo C (intermedio y externo con forma de C). Las uniones entre los centriolos pueden ser filamentosas o por puentes proteicos. Se une al núcleo por estructuras filamentosas del citoesqueleto. Uno de los centriolos posee satélites pediculados y apéndices laminares (maduro) y el otro carece de ellos (inmaduro). En la fase S los centriolos también se duplican, iniciado por la fosforilacion de la nucleofosmina, mediante la aparición de una pequeña masa granular y fibrilar (procentriolo) al lado de cada uno de ellos que forma un apéndice perpendicular al progenitor, desarrollándose microtubulos (primero simples, luego dobletes y por ultimo tripletes), generando un centriolo inmaduro al lado de cada progenitor. Cuerpos basales La replicación de los centriolos y su migración hacia la superficie apical de la célula produce cuerpos basales o cinetosoma. Cada uno de ellos sirve de organizador para el armado de los microtubulos del cilio. La estructura central (axonema) está compuesta por un conjunto microtubular que tiene dos microtubulos centrales rodeados por nueve dobletes microtubulares. 16 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Ribosomas Orgánulos encargados de la síntesis de proteínas mediante la transcripción de secuencias contenidas en el ADNm. Se pueden encontrar adheridos al RER o libres en el citoplasma. Se forman en el nucléolo y se componen de ARNr y proteínas. Inclusiones Son estructuras citoplasmáticas o nucleares que se forman a partir de los productos metabólicos de la célula, por lo que se los considera sin vida. Existen diversos tipos: -Lipofuscina: se acumula con el pasar de los años como consecuencia del envejecimiento celular, formado por un conglomerado de lípidos, metales y moléculas orgánicas como resultado de la degradación mitocondrial y la digestión lisosomica. -Hemosiderina: complejo de hierro formado por residuos no digeribles de la hemoglobina, relacionado con la fagocitosis de eritrocitos.-Glucógeno: polisacárido utilizado como almacenamiento de glucosa. -Inclusiones lipidicas: sustancias nutritivas que proveen energía. -Inclusiones cristalinas: contienen proteínas de virus, material de almacenamiento o metabolitos celulares. Matriz citoplasmática Es una solución acuosa concentrada con moléculas de diferentes tamaños y formas (electrolitos, metabolitos, RNA). En la mayor parte de células es el compartimiento más grande y es el sitio donde ocurren los procesos fisiológicos fundamentales. Existe una red estructural compleja compuesta por delgadas hebras microtrabeculares y vinculadores cruzados, la cual brinda un sustrato sobre el cual ocurren las reacciones. Núcleo Generalidades Es un compartimiento limitado por membrana que contiene la información genética, junto con la maquinaria para la duplicación del ADN y para la transcripción y el procesamiento de ARN. 17 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Componentes Cromatina Es un complejo nucleoproteico que permite que el ADN pueda ser contenido por el núcleo, por medio de la compactación. Entre las proteínas de la cromatina hay cinco básicas llamas histonas y otras no histonas. No tiene un aspecto homogéneo, sino que existe una región muy teñida, donde la cromatina esta mas condensada que se denomina heterocromatina, la cual está inactiva y muy pocas veces puede ser leída; mientras que el material poco teñido forma la eucromatina, la cual esta activa, por lo que la información puede ser leída. Las unidades cromatinicas estructurales más pequeñas son los nucleosomas, los cuales están formados por el doble enrollamiento de la molécula de ADN alrededor de un centro proteico, formado por ocho moléculas de histonas (octamero histonico) y a entre ellos se extiende una porción de ADN. En el paso siguiente, seis nucleosomas completan una vuelta formando el solenoide de la fibrilla cromatinica, cuyos segmentos largos se organizan en regiones de bucles o asas que están fijadas a la armazón cromosómica, compuesta por proteínas no histonas. En la heterocromatina las fibrillas están muy juntas, plegadas una sobre otras, mientras que en la eucromatina se encuentran más alejadas. Durante la división mitótica, las fibras cromatinicas unidas a una armazón proteica sufren condensación para formar cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por dos cromatides, unidas por un punto denominado centromero. La región ubicada en cada extremo del cromosoma se llama telomero. Con la excepción de los gametos, las células humanas contienen 46 cromosomas organizados en 23 pares homólogos. Veintidós pares poseen cromosomas idénticos llamados autosomas, mientras que el restante está formado por los cromosomas sexuales. La cantidad total de cromosomas se llama cantidad diploide (2n), mientras que los gametos a causa de la meiosis poseen la mitad, por lo que se denomina cantidad haploide (n). En un preparado de cromosomas teñidos, denominado extendido metafasico, los cromosomas se agrupan según su tamaño, forma y fluorescencia que emiten, lo que se llama cariotipo. Algunos cromosomas, como los x de la mujer se encuentran reprimidos en interfase de forma heterocromatina, formando el corpúsculo de Barr, a través del cual se puede identificar el sexo del feto. Nucléolo Es una estructura intranuclear no membranosa, de tamaño variable, pero muy bien desarrollado, que posee tres regiones diferenciadas: -Centros fibrilares: contienen asas de ADN de cinco cromosomas, ARNr y ARN polimerasa I. -Material fibrilar: contiene genes ribosómicas en proceso de transcripción y ARNr- -Materias granular: sitio del armado inicial de los ribosomas. La red formada por los materiales fibrilar y granular se denomina nucleonema. 18 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Allí se produce el procesamiento y la modificación de los ARNr por ARN nucleolares pequeños, los cuales mediante proteínas ribosómicas importadas del citoplasma se arman formando prerribosomas, que se exportan a través de los poros nucleares hacia el citoplasma donde se terminan de armar. La nucleostemina, contenida en el nucléolo, es la responsable de la regularización del ciclo celular y la diferenciación de las células. Envoltura nuclear Es una barrera permeable selectiva entre el compartimiento nuclear y el citoplasma, la cual encierra la cromatina. Está formada por dos membranas nucleares, que delimitan un espacio denominado cisterna perinuclear. Las membranas difieren en cuanto a estructura y función: -Membrana externa: similar a la del RER y continua a ella, con adhesión de polirribosomas. -Membrana interna: sostenida por una malla de filamentos denominada lámina (fibrosa) nuclear. La lámina nuclear es una delgada capa proteica, que tiene función de sostén y está compuesta por un conjunto de láminas nucleares, tipo especializado de proteínas de filamento intermedio. La membrana nuclear esta perforada por poros, los cuales están conformados por ocho subunidades proteicas dispuestas en un armazón central en la periferia de cada poro, formando el complejo del poro nuclear (NPC). Está compuesto por proteínas llamadas nucleoporinas y su armazón central esta insertada entre dos anillos (citoplasmático y nuclear), el primero sirviendo de sitio del que protruyen hacia el citoplasma ocho fibrillas proteicas cortas y el segundo de sitio de fijación para una cesta formada por ocho filamentos unidos en su extremo distal a un anillo terminal. Este complejo regula el paso de proteínas entre el citoplasma y el núcleo, el cual depende del tamaño de las moléculas: -Moléculas grandes: deben tener una señal denominada secuencia de localización nuclear que se fija al receptor de importación nuclear. -Iones y moléculas hidrosolubles pequeñas: atraviesan canales acuosos por difusión simple. Al final de la profase de división celular se activan enzimas (cinasas), las cuales destruyen la envoltura nuclear, la que se reintegra en la anafase, repolimerizandose y en la telofase formando lamina alrededor de los cromosomas hijos. Nucleoplasma Es el material encerrado por la envoltura nuclear con exclusión de la cromatina y el nucléolo, siendo amorfo y almacenando proteínas y metabolitos. 19 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Renovación celular Las células somáticas se pueden dividir de acuerdo a su actividad mitótica: -Poblaciones celulares estáticas: células que ya no se dividen. -Poblaciones celulares estables: se dividen de manera episódica. -Poblaciones celulares renovables: exhiben actividad mitótica regular. -Poblaciones de renovación lenta: pueden dividirse pocas veces en su vida. -Poblaciones de renovación rápida: se dividen constantemente. Ciclo celular Fases y puntos de control Es una secuencia de acontecimientos que controla el crecimiento y la división de células. Tiene dos fases principales: la interfase (fase G1, fase S y fase G2) y la fase M (mitosis). El ciclo celular se detiene en varios puntos de control y solo puede continuar si se cumplen ciertas condiciones. Durante la fase G1, la célula capta sustancias nutritivas, sintetiza el ARN y proteínas necesarias para la síntesis de ADN y duplica sus orgánulos. Existen dos puntos de control que controlan esta fase: -Punto de restricción: es el más importante, la célula evalúa su potencial duplicativo. Si abandona el ciclo entra en la fase GO (fuera de ciclo). -Punto de control del daño del ADN en G1: identifica daños irreparables en ADN. En la fase S se duplica el ADN, formando nuevas cromatides. La duplicación se inicia en varios sitios del ADN llamados replicones. Aquí el punto de control del daño del ADN en S verifica su calidad en la replicación. En la fase G2 la célula examina el ADN duplicado, crece y reorganizasus orgánulos. Aquí dos puntos de control, el punto de control del daño del ADN en G2 y el punto de control de ADN no duplicado, verifican el ADN. La mitosis incluye la cariocinesis (división del núcleo) y citocinesis (división del citoplasma). En esta fase hay dos puntos de control, el punto de control del armado del huso mitótico (impide entrada prematura en anafase) y el punto de control de la segregación de cromosomas (impide la citocinesis hasta finalizar separación de cromosomas). El mal funcionamiento de cualquier punto de control puede conducir a una catástrofe mitótica, la detención del ciclo celular antes de la mitosis o en su transcurso, muriendo la célula por apoptosis. En las células que no producen apoptosis puede existir una división asimétrica lo que conduce a células aneuploides. Existe un grupo de células denominadas células madre de reserva que se encuentran en GO pero pueden regresar al ciclo celular en respuesta a daños dentro del tejido. 20 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Regulación del ciclo celular Varios complejos de proteínas regulan el ciclo celular. Existe un complejo principal denominado factor promotor de la maduración que está conformado por dos proteínas: Cdk1 y Ciclina B, el cual actúa en diferentes fases del ciclo celular y controla diversas funciones. Mitosis Es un proceso de segregación cromosómica y división nuclear (cariocinesis), seguidas por división citoplasmática (citocinesis), que produce dos células hijas con la misma cantidad de cromosomas que la célula progenitora. Está compuesto por cuatro fases: -Profase: los cromosomas se condensan, tornándose visibles, cada uno de los cuales está formado por dos cromatides unidas entre sí por proteínas llamas cohesinas y el centromero. La envoltura nuclear comienza a desintegrarse en vesículas, desaparece el nucléolo y aparece un complejo denominado cinetocoro frente al centromero, formado por proteínas unidas a una porción de ADN denominada satélite. Ciertos microtubulos del huso mitótico en formación se fijan a los cinetocoros y así, a los cromosomas. -Metafase: el huso mitótico se organiza alrededor de los MTOC ubicados en los polos de las células. El primer tipo de microtubulos se denomina astrales, nucleados al MTOC y semejantes a una estrella. El segundo tipo de microtubulos se denomina polares, los cuales se extienden alejándose del MTOC. El tercer tipo microtubular se denomina cinetocoricos, los cuales recorren el citoplasma en busca de cinetocoros, traccionandolos al MTOC para adherir microtubulos adicionales (entre 30 y 40). Los microtubulos cinetocoricos y las proteínas motoras dirigen a los cromosomas hacia el plano medio de la célula, la placa ecuatorial. -Anafase: se separan las cromatides hermanas por la degradación de cohesina, deslizándose a través de los microtubulos cinetocoricos hacia el MTOC. -Telofase: se reconstituye la envoltura nuclear, los cromosomas se enrollan, los nucléolos reaparecen y el citoplasma se divide en un sector denominado surco de escisión por medio de un anillo contráctil de actina que rodea el perímetro ecuatorial de la célula y se conjuga con miosina II para generar una estrangulación. Meiosis Comprende dos divisiones nucleares secuenciales seguidas por divisiones citoplasmática que produce gametos con la mitad de cromosomas y la mitad de ADN (haploide) con respecto a la célula madre. Las células diploides o somáticas poseen dos copias de cada cromosoma y de cada gen, por lo que estos cromosomas se llaman cromosomas homólogos porque son semejantes pero no idénticos (uno materno y otro paterno). Durante la meiosis estos cromosomas se aparean e intercambian material genético. 21 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 La meiosis es igual en ambos sexos hasta la metafase I, a partir de la cual comienzan a presentar diferencias, ya que en el hombre la dos divisiones meioticas de un espermatocito primario producen cuatro espermatides haploides idénticas estructuralmente pero singulares genéticamente y en la mujer las dos divisiones meioticas de un oocito primario producen un ovulo haploide y tres cuerpos polares haploides, los cuales reciben menos citoplasma y generan apoptosis. Una de las divisiones es la Meiosis I y se divide en: -Profase I: ocurre el apareamiento de los cromosomas, la sinapsis y la recombinación genética, dividiéndose en: *Leptoteno: condensación de la cromatina, apareciendo los cromosomas formados por dos cromatides conectadas por complejos de cohesión específicos de la meiosis. Los cromosomas homólogos se buscan activamente y se alinean lado a lado. *Cigoteno: comienza la sinapsis, con la formación de un complejo sinaptonemico, estructura tripartita que une los cromosomas. *Paquiteno: se produce la recombinación (crossing over), donde se intercambia ADN entre los dos cromosomas. *Diploteno: se disuelve el complejo sinaptonemico, los cromosomas siguen condensándose y comienzan a separarse, estando conectados por uniones llamadas quiasmas. *Diacinesis: los cromosomas homologos se condensan, el nucléolo desaparece y la envoltura nuclear se desintegra. -Metafase I: los cromosomas apareados se alinean en la placa ecuatorial, con un miembro hacia cada lado, escindiéndose los quiasmas e interaccionando con los microtubulos del huso por medio de los cinetocoros. -Anafase I y Telofase I: un miembro de cada par se mueve hacia cada polo, produciéndose segregación aleatoria, ya que los cromosomas materno y paterno se alinean al azar en uno u otro lado de la placa ecuatorial. Las cromatides siguen unidas por complejos de cohesina y cinetocoros. Al final se divide el citoplasma y resulta un espermatocito secundario u oocito secundario. Luego, la célula entra rápidamente en Meiosis II, muy similar a la mitosis, donde la enzima separasa rompe los complejos de cohesión y luego de atravesar Profase II, Metafase II, Anafase II y Telofase II, se forman células hijas que tienen contenido haploide de cromosomas y ADN (1n). Muerte celular Los ritmos de proliferación y muerte celular deben mantenerse en equilibrio para evitar diversos trastornos. La muerte celular puede ser producto de una lesión accidental o de mecanismos que causan autodestrucción. 22 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Necrosis Ocurre cuando las células se exponen a un medio físico o químico desfavorable que causa lesión celular aguda. El daño de la membrana plasmática conduce a la entrada de agua y de iones, los orgánulos sufren alteraciones irreversibles y se rompe la membrana plasmática, liberando el contenido citoplasmático al espacio extracelular lo que genera una respuesta inflamatoria intensa Apoptosis La célula genera su propia muerte, dividiéndose en: -Fragmentación de ADN: ciertas enzimas cortan el ADN para generar fragmentos. -Disminución del volumen celular: mediante la contracción del citoplasma, mediada por el citoesqueleto. -Perdida de la función mitocondrial: cambia la permeabilidad de las membranas mitocondriales y se libera el citocromo c que activa a las casposas responsables de la muerte de la célula. -Vesiculacion de la membrana: se produce una translocacion de proteínas desde la superficie interna a la externa de la membrana cambiando sus propiedades. -Formación de cuerpos apoptosicos: se generan vesículas limitadas por membrana en el citoplasma, las cuales son eliminadas por fagocitosis de otras células. Este proceso está regulado por estímulos internos y externos. Entre los externos se encuentra el factor de necrosis tumoral, ciertos neurotransmisores, oxidantes y radiaciones UV. Entre los internos se encuentran los oncogenes y supresores de tumores. También se produce por catástrofes mitóticas, debido a un mal funcionamientode los puntos de control de las diferentes fases. De manera antagónica el proceso puede ser inhibido por factores de supervivencia. 23 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Laboratorio Microscopio óptico Es un instrumento que aumenta el tamaño de una imagen y permite ver más detalles que los que sería posible visualizar a simple vista. La función de un microscopio es aumentar el poder de resolución (distancia que debe haber entre dos objetos para que se vean separados), hasta un grado en el cual la retina puede resolver la información. El microscopio más usado es el microscopio de campo claro que está compuesto por: -Fuente luminosa: ilumina la muestra. -Lente condensadora: enfoca el haz de luz a la altura de la muestra. -Platina: sobre la que se coloca el portaobjetos. -Lente objetivo: recoge la luz que atraviesa la muestra. -Lente ocular: permite examinar la imagen formada por la lente objetivo. Preparado histológico El preparado más común consiste en especímenes fijados en formalina, incluidos en parafina y coloreados con hematoxilina y eosina (H-E). 1- Fijación: tiene el objetivo de conservar la estructura del tejido. La muestra se sumerge inmediatamente después de su extracción en el fijador. Se utiliza para: abolir el metabolismo celular, impedir la degradación enzimática, destruir organismos patógenos y endurecer el tejido. El fijador más común es la formalina, solución acuosa de formaldehido al 37%, combinada con otras sustancias (buffers), que reacciona con los grupos amino. 2- Deshidratación: la muestra se lava y deshidrata en una serie de soluciones alcohólicas de concentración creciente hasta alcanzar 100%. Luego se realiza el aclarado usando solventes como xileno o tolueno para extraer el alcohol. 3- Inclusión en parafina: la muestra se infiltra en parafina fundida, que cuando se enfría se empareja para formar un bloque (taco). 4- Corte con micrótomo: el bloque se coloca en una maquina cortadora que la corta en rebanadas finas con cuchillas de acero. 5- Montaje: los cortes se montan sobre el portaobjetos de vidrio al que se añade una pequeña cantidad de albumina que sirve de adhesivo. 6- Des parafinado e hidratado: la parafina se disuelve y extrae con xileno o tolueno y los tejidos se rehidratan con alcoholes de concentración decreciente. 7- Coloración: el tejido se tiñe con hematoxilina en agua. Luego se deshidrata la muestra, ya que el colorante de contraste, la eosina, es más soluble en alcohol. Luego la muestra se pasa por xileno o tolueno y se le coloca el cubreobjetos. Excepciones: para conservar lípidos neutros deben utilizarse cortes por congelación de tejidos fijados en formalina y colorantes que se disuelvan en grasas. Para conservar las membranas hay que usar fijadores con metales pesados como permanganato y osmio. 24 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 QUÍMICA Quimica organica Estudia cadenas carbonadas formadas por distintos tipos de carbonos. Los carbonos pueden ser 1o (en los extremos), 2o (en el medio de la cadena), 3o (en el inicio de una rama) o 4o (en el inicio de dos ramas). Hidrocarburos Alcanos Sufijo: ano. Funcion: enlace simple entre carbonos (C-C) Alquenos Sufijo: eno. Funcion: ligadura doble entre carbonos (C=C) Alquinos Sufijo: ino. Funcion: ligadura triple entre carbonos Funciones oxigenadas Ácidos Sufijo: oico. Grupo: carboxilo (COOH). Va en C 1o. Aldehidos Sufijo: al. Grupo: aldehído (CHO). Va en C 1o. Cetonas Sufijo: ona. Grupo: carbonilo (CO). Va en C 2o. Alcoholes Sufijo: ol. Grupo: oxhidrilo (OH). Va en C 1o y 2o. Funciones oxigenadas complejas Éteres Alcohol+alcohol. CH2-O-CH2. Nomenclatura: éter+alcohol en il+alcohol en ico. 25 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Esteres Acido+alcohol. CO-O-CH2. Nomenclatura: acido en ato+de+alcohol terminado en ico. Anhidridos Acido+Acido. CO-O-CO. Nomenclatura: anhídrido+acido en an+acido en oico. Funciones nitrogenadas Amina Tienen C, H y N. Sufijo: amina. CH2-NH2. Nomenclatura: radical en il+amina. Amida Tienen C,H,O,N. Sufijo: amida. CO-NH2. Nomenclatura: radical en an+amida. Funciones azufradas Tioles Tienen C, H, S. Sufijo: tiol. Grupo: sulfhidrilo (-SH) Tio-Esteres Tienen C, H, O y S. Grupo: coenzima A (CoA). CO-S-CoA. 26 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Proteínas Son de fundamental importancia entre las moléculas constituyentes de los seres vivos. Todas contienen H, O y N y casi todas también S. Las proteínas son moléculas de enorme tamaño, perteneciendo a la categoría de macromoléculas (polímeros). Por hidrólisis son reducidas a compuestos simples, los aminoácidos, que poseen veinte especies diferentes. Aminoácidos Son compuestos con un grupo acido, carboxilo (-COOH) y un grupo básico, amina (NH2), unido al carbono α (inmediato al carboxilo): R es la cadena lateral, diferente para cada uno de los veinte aminoácidos. Todos los aminoácidos tienen las cuatro valencias saturadas por grupos distintos (excepto glicina). Esto determina la existencia de dos isómeros ópticos. Isomeros son compuestos diferentes con la misma formula molecular, pero sus atomos están unidos en forma distinta. Cuando cada una de las valencias esta saturada por elementos o grupos diferentes, la molecula es asimétrica (carbono asimétrico). Por lo tanto pueden estar en el espacio de dos maneras diferentes, resultando dos moléculas en espejo (quirales). Poseen muchas propiedades iguales, excepto la capacidad para desviar la luz polarizada (haz de luz cuyas vibraciones ocupan un solo plano). Si un haz de luz polarizada atraviesa una solución de compuesto quiral, el plano de vibración es rotado sobre su eje, se dice que la sustancia es ópticamente activa, cuando el giro es en el sentido de las agujas del reloj es + llamando a los compuestos dextrógiros, mientras que la rotación inversa es – y los compuestos se llaman levógiros. Clasificacion de los aminoácidos Aminoacidos alifáticos neutros con cadena no polar Glicina solo posee un hidrogeno además de los grupos carboxilo y amina. Alanina tiene un metilo como cadena lateral. Valina, leucina e isoleucina tienen cadenas apolares ramificadas. 27 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Aminoacidos alifáticos neutros con cadena polar no ionizable Serina y treonina contienen en su cadena lateral una función hidroxilo que les otorga carácter polar. Aminoacidos neutros aromaticos Fenilalanina posee un nucleo bencénico y triptófano, el nucleo heterocíclico indol, ambos apolares e hidrófobos. Tirosina tiene un hidroxilo fenolico que le da polaridad. Absorben la luz ultravioleta. Aminoacidos con azufre Cisteina contiene el grupo –SH (sulfhidrilo) ligeramente polar. La cadena lateral de metionina es apolar. Aminoacidos acidos (dicarboxilicos) Acido aspartico y acido glutamico son aminoácidos con un carboxilo adicional. A menudos se los designa con el nombre de la forma ionizada, aspartato y glutamato. Asparragina y glutamina son derivados de los anteriores pero poseen un grupo amina en el carbono distal al carbono α. No tienen carga en su cadena lateral, pero son 28 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 polares. Aminoacidos básicos Son aminoácidos con carga positiva al pH reinante en las células. Lisina con una función amina, y arginina con un grupo guanidino pueden aceptar protones. Histidina tiene el nucleo heterocíclico imidazol, uno de cuyos nitrógenos puede adquirir una carga positiva. Prolina El carbonoα y el nitrógeno unido están incluidos en un ciclo pirrolidina. Tiene carácter alifático. Otros aminoácidos Algunos de los aminoácidos sufren modificaciones por adicion covalente de distintos grupos (4-hidroxiprolina, 5-hidroxilisina). Propiedades de los aminoácidos Las propiedades de la cadena de cada aminoácido permiten predecir su comportamiento. -El grupo sulfhidrilo de cisteína es reactivo y con facilidad de combina con otro para formar uniones disulfuro (-S-S-) dos cisteínas=cistina. -El grupo carboxilo adicional de los acidos aspartico y glutamico les da la propiedad de interactuar con bases para formar sales. 29 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 -Se pueden agrupar a los aminoácidos en: polares (glicina, serina, treonina, cisteína, tirosina, acido aspartico, acido glutamico, asparragina, glutamina, lisina, histidina y arginina) y apolares (alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina, triptófano y prolina). Propiedades acido-base de los aminoácidos La existencia de grupos acido y básico en la misma molecula, da a los aminoácidos propiedades eléctricas particulares. Carboxilo se comporta como acido, dador de protones y el grupo amina se comporta como base, acepta protones. Es improbable que en la naturaleza se encuentren no ionizados (anterior), por esto se dice que son iones dipolares. Por ello es mas correcto representar a los α aminoácidos como: En una solución acida fuerte, el carboxilo se comporta como base captando un ion de hidrogeno (carga positiva), mientras que en solución alcalina el grupo amina recciona con iones hidroxilo para formar agua, comportándose como un acido (carga negativa). La carga eléctrica del aminoácido depende del pH del medio, existiendo un pH para cada aminoácido donde la carga es nula. En los aminoácidos diaminados o dicarboxilicos existe un grupo disociable adicional que reacciona. Propiedades químicas de aminoácidos Los aminoácidos participan en muchas reacciones química, algunas de ellas comprenden los grupos amina o carboxilo y otras son especificas de la cadena lateral (nihidrina reacciona con el grupo amina y da un color purpura). Péptidos Union peptidica Los aminoácidos pueden establecer enlaces covalentes entre el grupo carboxilo de uno y el nitrógeno del grupo amina del otro. Esta unión se denomina unión peptidica y es del tipo amida, con perdida de agua. El producto formado se llama dipeptido, los polímeros formados por mas de 10 aminoacidos se llaman péptidos y los formados por mas de 50 aminoacidos, proteínas. Toda cadena polipetidica tiene un extremo con una amina libre, siendo este el comienzo de la cadena y se llama amino-terminal o N-terminal y un carboxilo libre en el otro extremo, llamado carboxilo-terminal o C-terminal. En la unión peptidica se pierde un H del grupo amina y un OH del carboxilo (agua), por lo que en un polimero las unidades que la forman se denominan restos o residuos de aminoácidos. 30 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Nomenclatura Se nombran siguiendo el orden de los restos de aminoácidos a partir del que posee el grupo amina α libre, por la raíz de su nombre y el sufijo “il”, siendo el ultimo nombrado completo. Propiedades acido-base Los grupo carboxilo y amina de las uniones perdieron sus OH e H por lo que no pueden ionizarse, solo pueden reaccionar las cadenas laterales de los residuos de aminoácidos, siendo análoga a la descripta en aminoácidos. Peptidos de importancia biológica Muchos péptidos cumplen funciones importantes en los organismos, alguno estando constituidos por aminoácidos no habituales o unione peptidicas atípicas. Uno es el glutatión, un tripeptido que cuando se oxida forma un puente disulfuro (-S-S-) con otra molecula igual. Otros péptidos tienen función de hormonas o factores liberadores de hormonas, analgésicos, antibióticos. Proteinas Propiedades generales de las proteinas Propiedades acido-base La carga eléctrica de una proteína depende de la ionización de los grupos disociables de las cadenas laterales, ya que los grupos carboxilo y amina de los extremos no tienen gran influencia. Por esta razón la carga de una proteína a determinado pH va a estar dada por los diferentes grupos acidos y básicos, por lo que cuando mas acido sea el medio, mas electropositiva será y cuanto mas alcalino sea, mas electronegativa. (acido: carboxilo adquiere un proton y alcalino: amina cede un proton). Electroforesis Es un proceso de migración de proteínas, puestas en un pH determinado en un campo eléctrico. Si el ph es acido migrara hacia el polo negativos, si es alcalino migrara hacia el polo positivo. 31 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Masa molecular Las proteínas difieren considerablemente entre si en forma, tamaño y masa molecular. Las mas pequeñas tienen alrededor de 6000 Da (50 aminoacidos). Conociendo la masa de una proteína se puede saber el numero de aminoácidos que la integran dividiéndola por 120. La determinación de la masa se puede hacer por diferentes métodos como el ultracentrifugado, cromatografía de filtración, electroforesis Solubilidad Gran parte de las proteínas son solubles en agua, lo cual se debe a varios factores. Uno de esos factores es la capacidad de interaccion de las moléculas dispersas en agua con moléculas de solventes polares, formando una capa de solvatación, donde el agua aisla las cargas opuestas en diferentes moléculas y evita la precipitación (la diferencia de solubilidad se debe a grupos polares y no polares). Otro factor es la carga eléctrica de la molecula, variando con el pH porque de el depende la carga eléctrica, el efecto de sales porque los iones inorgánicos reaccionan con los grupos ionizados favoreciendo la estabilidad de la solución (aumento excesivo: destrucción de capa de solvatación) y el efecto de solventes poco polares porque disminuye la solubilidad y produce la precipitación de proteína (etanol, acetona). Forma molecular Se consideran: globulares cuando la molecula se pliega sobre si misma y forma un conjunto compacto semejante a una esfera (actividad funcional) y fibrosas donde las cadenas polipeptidicas se ordenan paralelamente formando laminas extendidas (sosten). Estructura molecular Se dividen en distintos niveles de organización: Estructura primaria Se refiere al numero e identidad de los aminoácidos que componen la molecula y su ordenamiento en la cadena polipeptidica. Cada proteína se caracteriza por tener una composición definida de aminoácidos y por la secuencia en que se ordenan. Esto es el principal determinante de su conformación, propiedades y características funcionales. Estructura secundaria Es la disposición espacial, que adopta la cadena. Esta depende de la orientación de los enlaces entre los atomos –C-N-Cα. Existen dos estructuras repetitivas para las proteínas: -Helice α: la cadena se enrolla sobre un eje central en sentido de las agujas del reloj (dextrógira), mantenida por uniones puente de hidrogeno entre el H de un resto amina y el O 32 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 del grupo carbonilo. Aunque esta unión es débil, su existencia repetida a lo largo de la cadena la hacen estable y compacta. -Lamina β: la cadena esta mas extendida, estableciendo puentes de hidrogeno entre los grupos amina y carbonilo, formando estructuras laminares, plegadas en zigzag. -Disposicion al azar: la cadena no posee una estructura regular. Estructura terciaria La arquitectura de una proteína determina una conformación tridimensional por lo que se pueden distinguir fibrosas y globulares. En las proteínas fibrosas toda la molecula se puede disponer en héliceo en lamina. En las proteínas globulares, es necesario un plegamiento para alcanzar la estructura esférica, mantenida por las cadenas laterales por fuerzas como: -Fuerzas de atracción o repulsión electrostática: grupos con carga eléctrica (NH3+) pueden enfrentarse con grupos del signo opuesto (COO-) formando enlaces ionicos. -Enlaces de hidrogeno: el oxigeno del carbonilo de un carboxilo libre puede atraer hidrogenos de un oxhidrilo formando puentes de hidrogeno. -Presencias de cadenas hidrofobicas o hidrofilicas: las cadenas con grupos apolares tienden a alejarse del agua provocando plegamientos hacia el interior de la molecula, llamando a las fuerzas que genera la proximidad de estos grupos, fuerzas de Van der Waals, mientras que con grupos polares pasa el caso contrario. -Puentes disulfuro: el enfrentamiendo de dos grupos sulfhidrilos pueden determinar por oxidación una unión covalente –S-S-, o puente disulfuro. Estructura cuaternaria Existen proteínas formadas por mas de una cadena polipetidica, llamadas oligomericas, donde las cadenas forman subunidades. Las fuerzas responsables de mantener en posición a las subunidades son los puentes de hidrogeno, atracciones electrostáticas, interacciones hidrofobicas, puentes disulfuro. Desnaturalizacion Es la desorganización de la estructura molecular de las proteínas que lleva a la pedida de propiedades y funciones por el sometimiento a la acción de agentes físicos (calor, congelamiento, radiaciones) o químicos (acidos o álcalis). En general, los agentes desnaturalizantes no atacan las uniones peptidicas por la cual la estructura primario no es afectada sino que se produce insolubilización (la desnaturalización por calor en las proteínas de la clara de huevo se acompaña de la coagulación, la aglomeración de las moléculas en una masa solida). Frecuentemente la desnaturalización es un proceso irreversible, es decir que no 33 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 vuelve a su estado original, aunque cuando la desorganización molecular no es muy intensa, se puede retomar la conformación original cuando se elimina el agente desnaturalizante, por lo que es reversible. Clasificacion de las proteínas Proteinas simples Poseen en su mayoría aminoácidos, aunque poseen un poco proporción de glúcidos. Ej: Albumina, globulinas, histonas, protaminas, gluteinas y gliadinas y escleroproteinas. Proteinas conjugadas Se asocia una proteínas simple con algun otro compuesto. Se llama apoproteina a la porción proteica y el otro componente se denomina grupo prostético. Se distinguen: -Nucleoproteinas: asociadas a acidos nucleicos. -Cromoproteinas: asociadas a un grupo prostético coloreado. -Glicoproteinas: unidas a hidratos de carbono. -Fosfoproteinas: unión a grupos fosforilo. -Lipoproteinas: asociadas a lípidos de diverso tipo. -Metaloproteinas: unidas a elementos metalicos (Fe, Cu, Zn). Proteinas en la alimentación Suministran aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas. Ocho aminoácidos no pueden ser sintetizados por el organismo humano y dos se sintetizan en el humano a ritmo insuficiente. Estructura de algunas proteínas Colageno Es un componente estructural de gran resistencia mecánica, forma fibras del tejido conjuntivo. Es insoluble en agua y difícil de digerir por las enzimas. Posee una elevada proporción de restos de glicina, prolina y restos de lisina (muchos hidroxilados). Sus cadenas no pueden formar hélices α, por lo que forma una hélice mas extendida enrollada hacia la izquierda. Tres cadenas polipeptidicas enrolladas se asocian para formar una superhelice. Las tres hélices se envuelven apretadamente y se interconectan por uniones intercatenarias, formando una unidad estructural denominada tropocolageno. Estas unidades se disponen en 34 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 hileras, empaquetándose en haces que constituyen fibrillas. Los tropocolagenos de hileras adyacentes establecen uniones entre lisina e hidroxilisina. Elastina Es una proteína fibrosa que tiene capacidad de estirarse un 150%. Forma una hélice α. A diferencia del colágeno que presta resistencia, esta produce elasticidad. Cede a la tracción, se deforma y luego recupera su forma original. Enzimas Son catalizadores biológicos. Un catalizador es un agente capaz de acelerar una reacción química sin formar parte de los productos finales ni desgastarse en el proceso. Las enzimas actúan disminuyendo la energía de activación (Ea) de una reacción. Solo catalizan una reacción química determinada, denominándose las sustancias sobre las cuales actúan, sustratos. Nomenclatura y clasificación Suelen designarse agregando el sufijo asa al nombre del sustrato sobre el cual actúan., tambien según el tipo de reacción catalizada y otras con nombres arbitrarios. Existe una clasificación en seis clases principales: -Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducion. Se subdividen en deshidrogenasas (el sustrato es donante de hidrogeno), oxidasas (el aceptor de hidrogeno es el oxigeno) y oxigenasas (el oxigeno es incorporado al sustrato). -Transferasas: catalizan la transferencia de un grupo de atomos (carboxilo, amina, carbonilo, metilo). -Hidrolasas: catalizan la ruptura de enlaces C-O, C-N, C-S, y O-P. -Liasas: catalizan la ruptura de unionen C-C, C-S y C-N. -Isomerasas: interconvierten isómeros de cualquier tipo. -Ligasas: catalizan la unión de dos moléculas, acoplada con la hidrólisis de un enlace de alta energía de nucleosidos trifosfato. Naturaleza química de las enzimas La mayoría de enzimas es de naturaleza proteica, aunque muy pocas poseen ARN. Algunas enzimas están compuestas solo por aminoácidos mientras que otras solo pueden realizar su función en asociación con otra molecula no proteica de menor tamaño, denominada coenzima (grupo prostético). Este sistema se llama holoenzima, compuesta por la proteína denominada apoenzima y la coenzima. Muchas coenzimas presentan estructura de tipo nucleótido, aunque algunas son vitaminas. Algunas enzimas necesitan la presencia de iones metalicos, denominándose metaloenzimas. 35 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M UP 1 Catalisis enzimática Las enzimas aumentan la velocidad de la reacción disminuyendo la energía de activación. Durante el curso de la reacción, la enzima se une al sustrato, formando un complejo transitorio. Si una enzima E cataliza la transformación del sustrato S en producto P, primero se unen enzima y sustrato para formar el complejo ES, el cual luego se disocia en enzima y producto: Sitio activo Para formar el complejo ES, el sustrato se fija a un lugar definido en la enzima, el sitio activo. El sitio activo es una agrupación de un numero no muy grande de aminoácidos, destribuidos de manera precisa. La unión del sustrato a la enzima comprende la formación de enlaces no covalentes, como puentes de hidrogeno, enlaces ionicos. La molecula de sustrato fijada a la enzima sufre una deformación en los enlaces afectados por la reacción, lo que se denomina estado intermediario. La coenzima también participa uniéndose a la enzima. La enzima es considerada como una estructura con plasticidad y frexibilidad, modificable en contacto con el sustrato, por lo que solo el sustrato adecuado provoca en la enzima la disposición precisa. Existen ciertas enzimas sintetizadas en estado de precursores inactivos llamados zimogenos, los cuales se convierten en enzimas por un proceso de hidrólisis. Las enzimas son sintetizadas en el citoplasma de la celula y luego exportadas hacia el lugar donde han de cumplir su misión. Algunas actúan fuera de la celula que las produca, aunque la mayoría son intracelulares, dispuestas en distintos compartimientos celulares. Las enzimas se pueden agrupar formando
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