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Crecimiento y Desarrollo UP 1 Cátedra de Biología Formación de la Tierra y origen de la vida El Universo comenzó, según teorías actuales, con una gran explosión (Big Bang). Antes de la explosión, toda la materia y energía se encontraban en forma de energía pura, comprimidas en un punto. Esta energía se liberó y cada partícula de materia se alejo de otra. Se cree que la temperatura era de 100 mil millones de grados Celsius, por lo que no podía haber átomos, solo partículas subatómicas. A medida que el universo se enfriaba, se formaba más materia a partir de energía. Dos partículas elementales, los protones y neutrones, comenzaron a combinarse formando el núcleo de los átomos y atrajeron pequeñas partículas de carga negativa, los electrones que se movían alrededor de ellos, formando átomos. A partir de estos átomos se formaron las estrellas y los planetas. El sol nace hace 5000 millones de años a partir de partículas de polvo y gases de hidrogeno y helio. Hace 4600 millones de años se comenzó a conformar la Tierra. En sus comienzos era casi liquida, y mientras se fue enfriando empezó a formarse la corteza externa. La atmosfera primitiva estaba conformada por hidrogeno y helio, gases que emigraron al espacio y fueron reemplazados por una atmosfera secundaria, fundamentalmente conformada por vapor de agua emanado por volcanes. Según hipótesis de Oparín la vida se habría originado como resultado de un proceso denominado evolución química. Al parecen la atmosfera de la tierra primitiva tenía muy poco o nada de oxigeno libre y los cuatro elementos que forman el 95% de los tejidos vivos (carbono, hidrogeno, oxigeno y nitrógeno) habría estado disponible. Los gases se habrían condensado formando moléculas orgánicas, las cuales reaccionaron entre sí originando moléculas más grandes, que a medida que aumentaba su concentración se habrían asociado formando pequeños sistemas. Esto habría dado origen a otra etapa denominada evolución prebiologica donde los sistemas plurimoleculares comenzaron a intercambiar materia y energía con el ambiente y optimizaron reacciones, tendiendo a persistir los más estables, mecanismo que se denomino protoseleccion natural, el cual habría favorecido al aumento de complejidad y la formación de células. En cuanto a la información genética, se cree que primero se origino el ARN que habría realizado las tareas de ADN y proteínas también, luego diferenciándose. Las características que distinguen a las células vivas son: -existencia de una membrana mantiene su identidad bioquímica. -presencia de enzimas, esenciales para las reacciones vitales. -capacidad de replicarse y posibilidad de evolucionar por descendencia con variación. Página 1 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Con su aparición, las células requirieron un aporte constante de energía, algunos organismos incorporaron moléculas orgánicas del ambiente exterior clasificándose como heterótrofos y otros fueron capaces de sintetizar sustancias orgánicas clasificándose como autótrofos. Algunas hipótesis plantean que primero habrían surgido las células heterótrofas, las cuales a medida que aumentaron, comenzaron a disminuir las moléculas complejas, generando competencia, por lo que se habrían generado células autótrofas representando una ventaja adaptativa. La teoría celular afirma que: -todos los organismos están compuestos por una o más células. -las reacciones químicas ocurren dentro de las células. -las células se originan de otras células. -las células poseen información proveniente de los progenitores que pasa a la descendencia. Existen dos tipos de células: Las procariontes (“antes de un núcleo”) el material genético es una molécula grande y circular de ADN débilmente asociado a proteínas, ubicado en una región llamada nucleoide que carece de membrana. Las eucariontes (“buen núcleo”) el ADN es lineal fuertemente unido a proteínas, ubicado en el núcleo y rodeado por una doble membrana denominada envoltura nuclear. El citoplasma contiene complejos con distintas funciones denominados organelas. Los primeros organismos fueron procariontes, los cuales evolucionaron formando eucariontes. Se cree que su origen se basa en la teoría endosimbiotica, según la cual, ciertos procariontes se alojaron en el interior de otras células, dando lugar a asociaciones estables (mitocondria contiene ADN propio, circular semejante al de procariontes). Por otra parte la membrana nuclear habría surgido por una invaginación de la membrana celular. La aparición de organismos eucariontes otorgo ventajas que posibilitaron el surgimiento y evolución de organismos pluricelulares. Los seres vivos comparten una historia evolutiva y responden a una organización jerárquica. El nivel más simple es el subatómico, cuyas partículas se unen formando átomos, los cuales constituyen moléculas. En un nuevo nivel surge la vida en forma de célula, las cuales se organizan en tejidos, que constituyen órganos, agrupados en sistemas de órganos, dando lugar su agrupación a un organismo. Los organismos interactúan y forman poblaciones, que a su vez constituyen comunidades que son parte de un ecosistema, el cual se encuentra dentro de la biosfera. Otra característica de los seres vivos es que realizan reacciones química para la transformación de energía (metabolismo), mantienen un medio interno estable (homeostasis) y se perpetúan transmitiendo información a su descendencia (reproducción). A pesar de que los seres vivos comparten muchas características, existe una gran diversidad de forma y funciones que son consecuencia de la evolución. Página 2 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Evolución Antecedentes de la evolución Las ideas evolucionistas tienen antecedentes en la historia. En la Grecia clásica, la escuela de Anaximandro (siglo XI a.c.) tenía una concepción del mundo en la que el origen y la transformación de especies era resultado de procesos naturales. También Aristóteles (siglo IX a.c.) organizo a todos los seres vivos en una jerarquía a la que denomino Escala de la Naturaleza, ubicando a las criaturas más simples en un peldaño más bajo, y al hombre en lo más alto. En occidente hacia fines del siglo XVII, se sostenía que todos los seres vivos eran producto de la creación divina, concepción que se denomino “creación especial”. Sin embargo, en el siglo XVIII esa certeza comenzó a cuestionarse. El naturalista francés George-Luis Leclerc, conde de Buffon sugirió que además de las criaturas producidas por la creación divina, hay pequeñas familias concebidas por la naturaleza. Además Erasmus Darwin (abuelo de Charles), sugirió en notas al pie de página que las especies tenían conexiones entre sí, que podían cambiar en relación al ambiente y su progenie podía adquirir esos cambios. En geología, James Hutton desarrollo una teoría conocida como uniformismo, en la cual aseguraba que la Tierra tenía una larga historia y que el cambio era el curso natural de los acontecimientos. De forma simultánea comienza el interés del estudio de fósiles. Sin embargo, uno de los principales paleontólogos, George Cuvier explicaba que las extinciones habían sido producto de catástrofes, posterior a la cual llegaban numerosas especies producto de la creación divina. El primer científico que elaboro teorías explicativas de la evolución fue J.B. Lamarck, quien en 1801 propuso que todas las especies descienden de otras. Este científico se dedico al estudio y clasificación de organismos invertebrados, lo que lo llevo a considerar una complejidad en continuo aumento. De acuerdo con su hipótesis la progresión dependía de tres factores: cambios ambientales que obligaban a la adecuación, sentimiento interior hacia un grado de complejidad mayor y la ley del uso y el desuso de órganos y teoría de la herencia de los caracteres adquiridos. Teoríade la evolución o Darwinismo Una de las principales fuentes de inspiración de Darwin (1809-1882) fueron las ideas de Lyell, quien sostenía que los efectos de los procesos naturales habían producido un cambio en la Tierra. El viaje a bordo del Beagle fue el hecho más importante en la vida de Darwin, recorrido que le permitió apreciar muchos paisajes, organismos y fósiles. Las observaciones más importantes fueron: -el paisaje geológico de América, que presentaba numerosos cambios - restos fósiles de mamíferos extintos similares a los actuales en Argentina - los pinzones de las islas Galápagos, 13 especies con diferencias. - variación geográfica de especies del mismo grupo (ñandúes en pampa argentina) Página 3 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M - singularidad de la fauna de Australia (marsupiales) Al regresar de su viaje, Darwin leyó el tratado de Malthus que advertía que la población humana estaba creciendo de manera tan acelerada que en poco tiempo sería imposible de alimentar. Pensó que esto era aplicable a todas las especies, por lo que llamo selección natural al proceso por el cual ciertas características de un individuo le confieren una ventaja en la adaptación por lo que resultan sobrevivientes y son capaces de reproducirse, mientras que los que no son favorecidos mueren. Según Darwin las variaciones eran cuestión de azar, y que constituían el sustrato real del proceso evolutivo. Existen evidencias que respaldan la evolución y provienen: -de la observación directa: la evolución genera cambios apreciables después de largos periodos, por lo que nunca puede observarse de manera directa. -de la biogeografía: las especies son y están en diferentes partes geográficas a causa de acontecimientos que tuvieron lugar en el curso de la historia geológica. -del registro fósil: existen fósiles que presentan una serie de cambios graduales hasta alcanzar las especies actuales. -de la homología: estructuras similares en distintas especies en todos los niveles. -de la imperfección de la adaptación: los patrones de cambio de las especie no siempre son efectivos y se van modificando hasta alcanzar la complejidad. A pesar de su poder explicativo, la teoría de la evolución presentaba interrogantes acerca de la transmisión de caracteres hereditarios, por lo que se necesito del aporte de la genética. Teoría sintética de la evolución o Neodarwinismo Darwin y Mendel fueron contemporáneos pero ninguno conoció el trabajo del otro, por lo que muchos interrogantes de la evolución no eran posibles de responder. En el siglo XX, los biólogos pudieron compatibilizar las dos teorías cuando dejaron de pensar en organismos y comenzaron a estudiar las poblaciones como un conjunto de genes. Una población es un sistema de organismos de la misma especie que convive en el mismo espacio y tiempo y que se reproducen entre sí. La población es una unidad definida por su reservorio génico, el conjunto de todos los alelos de todos los genes de los individuos que la constituyen. La frecuencia genotípica y la frecuencia alelica de una población es un porcentaje que indica la frecuencia o proporción en que se encuentran representados los diferentes genotipos y diferentes alelos respectivamente. La panmixia es un patrón de reproducción en el cual cada individuo de un sexo se aparea con el del sexo opuesto al azar. Página 4 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M El equilibrio Hardy-Weinberg es una teoría que afirma que si en una población no existen mutaciones, no hay desplazamiento de individuos (migración), es bastante grande como para aplicar la probabilidad, el apareamiento es al azar y no hay diferencias entre el éxito reproductivo de diferentes genotipos, el reservorio génico se mantiene, por lo que las frecuencias relativas (genotípica y alelica) no cambiaran. Sin embargo, si un genotipo determinado le confiere al individuo una ventaja reproductiva sobre otro, el reservorio génico se modifica. Se define a aptitud como el éxito reproductivo diferencial entre genotipos. Los progenitores engendran descendientes parecidos a sí mismo por la precisión de la duplicación de ADN, sin embargo tiene la misma importancia las variaciones que éste sufre (mutaciones), las cuales son responsables de la evolución. Las mutaciones heredables son las que se producen en los gametos y la mayoría ocurre espontáneamente y al azar, aunque muchos agentes la incrementan. Existen varios procesos que cambian las frecuencias génicas: las mutaciones a nivel global, la migración que puede producir el ingreso de nuevos alelos a la población, la deriva genética que es el cambio aleatorio en el reservorio génico de poblaciones pequeñas, el apareamiento preferencial. Se puede definir a la selección natural como la reproducción diferencial entre individuos con distintos genotipos. El éxito reproductivo diferencial, resultado de la interaccion de organismos con el ambiente, modela la variabilidad genética. La selección natural en muchos casos no elimina al mas apto sino que tiende a preservar la variabilidad, lo que se conoce como selección equilibradora. Además actua sobre el fenotipo completo y no sobre la expresión de un gen determinado. Existen diversos tipos de selección natural: -normalizadora: los individuos con fenotipos intermedios son beneficiados, desfavoreciendo características extremas. -disruptiva: beneficia a los dos extremos. -direccional: los fenotipos con características determinadas son beneficiados. -dependiente de la frecuencia: beneficia a los fenotipos menos comunes. -sexual: beneficia a determinados fenotipos que se pueden reproducir. La adaptación es el resultado de la selección natural y existen diversos tipos. La variación relacionada con condiciones ambientales se denomina clina y las diferencias que presenta una especie de acuerdo al ambiente es llamada ecotipo. La variación inducida por una especie en estrecha relación con otra se denomina coevolucion. Sin embargo muchas variaciones no son adaptaciones sino que están dadas por fenómenos como la mutacion y la deriva génica, sin un fin particular. Además existen cambios que no son en un primer momento adaptativos y se denomina exaptación, y que luego permiten al organismo adaptarse al medio, lo que se llama adaptación, por lo que ambos procesos constituyen aptaciones, ya que aumentan la aptitud del organismo. Página 5 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M El curso evolutivo se constituye de cambios en los seres vivos, que lleva a la formación de nuevas especies. Especie se define como un grupo de poblaciones naturales, cuyos miembros pueden reproducirse entre sí, producir descendencia fértil y está reproductivamente aislado de otros grupos. Existen barreras biológicas que impiden la reproducción y se conocen como mecanismos de aislamiento reproductivo (MAR), ya sea restricciones temporales, espaciales, conductuales, precigoticos (impiden la formación del cigoto) o poscigoticos (el individuo nace y crece pero es esteril). Existen diversos modelos que explican el proceso de especiación, por el cual se produce el aislamiento reproductivo entre miembros de una especie, conformando una diferente, y son: -Especiacion por divergencia: establecimiento gradual del aislamiento reproductivo como resultado de la divergencia entre dos poblaciones, entre las que el flujo génico se va interrumpiendo por alguna barrera espacial o ecológica. Se reconocen tres modelos principales: *especiación alopátrica: se establece una barrera que separa a una población en dos, por lo que se interrumpe el flujo génico entre ellas, comenzando a diferenciarse genéticamente, por lo que transcurrido suficiente tiempo pueden constituirse como dos especies diferentes. *especiación parapátrica:en ausencia de una barrera geográfica, especies de distribución amplia cuyos miembros difieren entre si, pueden habitar zonas diferentes, por lo que la selección natural es capaz de modificarlos de manera tal que formen dos especies diferentes. *especiación simpátrica: una especie habitante de un ambiente heterogéneo puede presentar diferentes aptitudes, que a causa de la selección natural pueden diferenciarse más, generando especies diferentes. -Especiacion instantánea: el aislamiento reproductivo es súbito y las poblaciones poseen fuerzas como la deriva génica que produce la formación de especies diferentes. Los principales modelos son: *especiación peripátrica: un pequeño grupo funda una nueva población que puede tener diferentes características de la población original, produciendo aislamiento reproductivo y formando especies diferentes. *especiación por poliploidía: el cruzamiento entre dos especies diploides diferentes puede producir una compatibilidad de los genomas y constituir un hibrido fértil que constituya una nueva especie. La evolución considerada a nivel poblacional (teoría sintetica de la evolución) se denomina microevolución, mientras que la evolución de las especies y de taxones de rango supraespecifico se denomina macroevolucion. Esta ultima tiene en cuenta la evolución en grandes rangos de tiempo en la historia de la vida. A nivel macro opera un proceso análogo al éxito reproductivo diferencial que se denomina selección de las especies, ya que las propuestas de la microevolucion no son suficientes para explicar el cambio que podemos observar en el registro fosil, debido a que en la historia Página 6 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M acontecieron numerosos sucesos que cambiaron la línea evolutiva, tales como extinciones masivas, catástrofes, entre otros. Numerosos patrones evolutivos se observan en este nivel. Muchos organismos que ocupan ambientes similares se parecen entre sí a pesar de no tener parentesco, proceso que se denomina evolución convergente, ya que las características adaptativas equivalentes están dadas porque están sujetos a presiones selectivas similares. A su vez ciertos organismos se alejan de una población y forman una especie diferente (especiación), lo que se denomina evolución divergente. La especiación es la unión entre la micro y macroevolucion. En ciertos casos el patrón fosil refleja una transformación continua dada por la lenta acumulación de mutaciones por selección natural, representando un patrón a nivel macroevolutivo, proceso que se denomina cambio filetico. Por otra parte algunas especies que enfrentan un ambiente diferente pueden acumular diferencias genéticas y generar una nueva especie, representándose como una nueva rama en el árbol del linaje, lo que se denomina cladogenesis. Sin embargo el proceso mas importante se denomina radiación adaptativa, por el cual un grupo que posee una característica clave puede invadir una nueva zona adaptativa, lo que combina la cladogenesis con el cambio filetico. La extinción es el destino de todas las especies, existiendo una tasa de extinción constante que se denomina extinción de fondo, aunque este ritmo se ve irrupido por periodos geológicamente breves, en los que la tasa se intensifica, los cuales se denominan períodos de extinción masiva. El modelo de los equilibrios intermitente o teoría del equilibrio puntuado explica que el registro fosil no es incompleto sino que las especies atraviesan largos periodos sin cambios, denominados estasis, interrumpidos por cambios casi instantáneos que originan nuevas especies. Existen principales transiciones a nivel macroevolutivo en la historia de la vida. Hace 3800ma se desarrollaron los primeros procariontes, hace 1800ma aparecieron las células eucariontes, hace 800ma surgieron los primeros organismos pluricelulares como algas y hace 600ma se originaron los primeros animales (explosión cámbrica). Evolución de los homínidos Los humanos, juntos a sus antecesores mas cercanos extintos conforman el grupo de los homínidos, aunque también son mamíferos placentarios y primates. Los primates pueden dividirse en dos grupos principales, los prosimios (55ma) y los antropoides (40ma). Dentro de los antropoides se reconocen dos linajes: los monos del nuevo mundo (platirrinos), que evolucionaron en America del Sur y se originaron divididos oceánicamente de un grupo de los monos del viejo mundo (catarrinos), que evolucionaron en Africa. Dentro de estos últimos se distingue los antropomorfos que junto con los humanos conforman el grupo de los hominoides. Los Página 7 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M homínidos, a diferencia de los antropomorfos presentan un andar bípedo, postura erecta, rasgos dentarios característicos y cráneos mayores. El homínido mas antiguo es el Australopithecus que se cree tuvo su origen en Africa, debido a que no se encontraron restos en otros continentes, hace 4ma. Las características que comparte con los humanos es el patrón bicúspide del premolar y el andar erecto (bípedo), el cual se dedujo por la forma de la pelvis. A pesar de ello tenían una capacidad cerebral pequeña (400 cm3) y una estatura de 120cm. Es probable que el genero Homo haya evolucionado de un tronco australopitecino muy antiguo. El homo habilis es la especie de Homo mas antigua que se conoce. Habito Africa hace 2ma. Tiene dos características principales que lo emparentan más con el humano: la capacidad de construir herramientas (utensilios hallados junto a los fosiles) y una capacidad cerebral mayor (700 cm3).Además es probable que pudieran hablar por la forma de su laringe y cráneo. Se cree que coexistió con el homo rudolfensis, el cual se extinguió. El homo erectus vivio hace 1,3 a 0,3ma no solo en Africa sino tambien en Asia. Se cree que habito con otra especie extinta denominada homo ergaster. La principal diferencia con su antecesor es el aumento de la talla (hasta 180cm) y de la capacidad craneana (1000-1200 cm3). Además una característica distintiva que es la utilización del fuego (cenizas, carbo y huesos quemados), el cual les brindaba calor, les permitia la cocción de alimentos y mantenía alejadas a las fieras. Una rama colateral al humano moderno es el homo neanderthalesis, el cual vivio en Europa y Medio Oriente hace 300 mil años hasta su extinción hace 35 mil años. Habrían sido los primeros homínidos que celebraron ceremonias relacionadas con la muerte, lo cual refleja una estructura social representante de la cultura. Es incierto cuando se genero el homo sapiens. Según una de las hipótesis más aceptadas (Arca de Noe) un grupo diferenciado de homo sapiens migro desde algun sitio de Africa hace unos 150 a 150 mil años y colonizo el planeta. Según estudios de ADN mitocrondrial existe un solo antecesor común conocido como “Eva mitocondrial”, una población de miles de individuos que migro desde Africa y no sufrió cambio alguno, diferenciándose solo en genes, pueblos y lenguas. Esta es la especie a la que pertenecemos los seres humanos actuales. Su principal característica es la capacidad de realización de operaciones conceptuales y simbolicas muy complejas, ligadas al aumento de la capacidad cerebral (1400 cm3) y el desarrollo del lóbulo frontal del cerebro. La especie humana es la única que posee un espacio que conocemos con el nombre de cultura. Se entiende por cultura la capacidad de planificar y de desarrollar pensamientos conscientes, la transmisión de las técnicas y del sistema de relaciones sociales de una generación a otra, y por último, la capacidad de modificar el medio ambiente. La organización de cacerías, la utilización del fuego, el uso de ropa y los enterramientos con un cierto carácter ritual son algunos ejemplos. Página 8 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com� FI LA DD .CO M Cultura Se entiende por cultura como todo lo relacionado al conjunto de lo creado por el hombre; la totalidad de capacidades y hábitos adquiridos como miembro de la sociedad; la organización de la experiencia compartida por la comunidad; las formas de observar el mundo y reflexionar sobre él, de comprender las relaciones entre personas, objetos y sucesos, de establecer preferencias y propósitos, de realizar acciones y perseguir objetivos. Según el modelo idealista, la civilizacion es el campo de las actividades técnicas y económicas, vista como los bienes y actividades inferiores necesarios para la supervivencia y el avance material, pero que no contribuye a la dignificación del hombre; mientras que la cultura abarca además los valores, la espiritualidad, lo moral, intelectual y estético, siendo la esfera mas elevada del desarrollo social. Todas las culturas se hallan estructuradas, poseen coherencia y sentido dentro de si, según el relativismo cultural. Esta teoría descalifica al etnocentrismo ( la creencia de que los valores de la propia cultura son superiores y todas las otras deben ser juzgadas de acuerdo con ellos) y admite que cada sociedad tiene derecho a desenvolverse en forma autónoma. Existen tres puntos fundamentales: - El individuo realiza su personalidad por la cultura, por lo que se debe respetar las diferencias. - El respeto a las diferencias es valido porque no se ha descubierto ninguna técnica de evalucion de las culturas. - Los valores son relativos a la cultura de la cual derivan. Las afirmaciones sobre la igualdad del genero humano, la relatividad de las culturas y el derecho de cada una a darse su propia forma son insconscientes si no se ubican en las condiciones actuales de universalización y dependencia. La transnacionalización de culturas impone un intercambio desigual. La diversidad de patrones culturales y habitos de consumo es un factor intolerable para el capitalismo, por lo que las culturas son reunidas en un sistema hasta ser homogeneizadas. El capitalismo ha generado una superioridad del etnocentrismo. Lo ideal es la lucha contra el etnocentrismo llevada a cabo por las culturas que extinga las desigualdades y subsista la diversidad. Resumiendo, cultura es la producción de fenómenos que contribuyen mediante la representación simbólica de las estructuras materiales a reproducir o transformar el sistema social. La cultura no solo representa la sociedad sino que también cumple la función de reelaborar las estructuras sociales e imaginar nuevas. La cultura se produce, esto significa que en una concepción materialista no es expresión, creación o representación, sino un proceso social de producción. Esto surge de las necesidades globales de un sistema social y está determinado por él. Además de la producción se debe tener en cuenta la circulación y la recepción de la cultura, proceso que genera su representatividad entre los miembros de una comunidad determinada. Página 9 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Los hombres deben producir para proveer lo necesario, sin embargo también deben reproducir y reformular las condiciones de producción tales como: -las fuerzas productivas -las relaciones materiales de producción -las relaciones culturales A su vez mediante la reproducción de la adaptación, la clase dominante busca construir y renovar el consenso de las masas a la política que beneficia sus privilegios económicos. En este caso se ejerce el poder cultural por el cual: -se impone las normas que adaptan a los miembros a la sociedad -se legitima la estructura dominante -se oculta la violencia de la adaptación a una estructura impuesta Este poder cultural se apoya en la necesidad de todo individuo de ser socializado, adaptándose a algun tipo de estructura para hallar seguridad. El capital cultural se reproduce a través de aparatos culturales, tales como la pedagogía, generando habitos y practicas culturales. Los aparatos culturales son las instituciones que administran, transmiten y renuevan el capital cultural (capitalismo=familia y escuela, medios de comunicación). Cultura hibrida. La incertidumbre del sentido y el valor de la modernidad deriva no solo de los que separa a naciones, etnias y clases, sino de los cruces socioculturales en que lo tradicional y lo moderno se mezclan. No funciona la oposición entre lo tradicional y lo moderno sino, mas bien una hibridación de cultura.El trabajo en conjunto de estas disciplinas puede generar otro modo de concebir la modernización latinoamericana (heterogeneidad multitemporal). Las culturas hibridas constituyen la modernidad de America Latina. Existen tres sistemas dentro de la cultura hibrida: lo culto (historia del arte y literatura), lo popular (folclor y antropología) y lo masivo (comunicólogos y semiólogos). En la cultura de America Latina es imposible hablar de posmodernidad, ya que todavía no se ha consolidado la modernidad, hasta el punto que insurgen ciertos elementos premodernos. Esto se debe a la cultura hibrida, ya que ciertas condiciones de modernidad no son establecidas por la presencia de lo tradicional (universidad/caciquismo, poesía/analfabetismo). La modernidad en esta cultura una mascara que cubre a una organización de una sociedad subordinada. La única forma de establecerla es con las ciencias experimentales que produzcan una organización racionalista de la sociedad formando aparatos estatales eficientes. Página 10 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Crecimiento y Desarrollo UP 1 Cátedra de 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. Página 11 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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 H2N C H COOH Página 12 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M R es la cadena lateral, diferente para cada uno de los veinteaminoácidos. 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. Aminoacidos alifáticos neutros con cadena polar no ionizable Serina y treonina contienen en su cadena lateral una función hidroxilo que les otorga carácter polar. Página 13 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 polares. Página 14 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 carbono α 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). Página 15 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. -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: R +H3N C H COO- 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 Página 16 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. R R R +H3N C H + +H3N C H +H3N C H R COO- COO- CO HN C H +H20 COO- 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, Página 17 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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 Página 18 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 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 hélice o 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 Página 19 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M desnaturalización es un proceso irreversible, es decir que no 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 hileras, empaquetándose en haces que constituyen fibrillas. Los tropocolagenos de hileras adyacentes establecen uniones entre lisina e hidroxilisina. Página 20 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 Termodinamica Ademas de las sustancias reactivas y productos, en toda relación química debe considerarse la energía. La termodinámica es la rama de la física que trata la energía y sus transformaciones. Primera ley: la energía total del universo permanececonstante. Segunda ley: la entropía del universo va en aumento. Energía Es la capacidad para realizar trabajo. En los procesos biológicos ocurren frecuentemente interconversiones de energía. La energía química es fundamental en estos procesos, ya que el curso de cualquier reacción química es determinado por el contenido energético del sistema y por el intercambio con el medio. El contenido de energía antes de ocurrir una reacción es el estado inicial, mientras que después de producido el cambio es el estado final. El cambio de cambio de energía entre los estados inicial y final se representan con la letra Δ. La forma mas común de energía es el calor y todos los procesos están acompañados de consumo (endotérmicos) o producción (exotérmicos). Energía libre En las condiciones normales, las reacciones químicas se realizan en un medio de temperatura y presión constantes. Solo una fracción de la energía liberada es disponible para realizar trabajo de algun tipo, es la llamada energía libre. Sentido de una reacción química En las reacciones químicas se puede predecir que ocurrirán espontáneamente las reacciones en las cuales hay reducción de energía libre (G disminuye, ΔG es negativo). La tendencia a aumentar la entropía (energía no aprovechada) es la fuerza que determina la dirección del proceso. Todos los procesos transcurren disminuyendo la energía libre y aumentando la entropía. Es posible determinar el cambio de energía libre de una reacción y predecir su sentido. Equilibrio químico En una reacción reversible en la cual dos sustancias A y B (reactivos) se unen para formar C y D (productos), se designa 1 o directa a la formación de productor y 2 o inversa a la recombinación para formar reactivos. A+B C+D Página 21 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Al iniciarse la reacción, A y B se combinan y forman C y D. A medida que transcurre el proceso, las concentraciones de A y B disminuyen, por lo tanto, también la velocidad de la reacción. Llega un momento en el cual las velocidades de la reacción directa e inversa se igualan y no se producen mas cambios en las concentraciones. La reacción ha alcanzado un equilibrio, es dinamico ya que el proceso continua pero a igual velocidad. Si se divide la constante de velocidad de la reacción 1 y 2 se obtiene otra constante denominada constante de equilibrio. Keq= [C] [D] [A] [B] En una reacción química, el contenido energético de los reactivos puede ser mayor o menos que el de los productos. Por lo tanto, si la Keq es mayor que 1, la reacción ocurre hacia la derecha (mayor productos que reactivos), si es menor que 1 ocurre de derecha a izquierda (mayor reactivos que productos). El valor equilibrio esta relacionado con la tendencia a alcanzar el minimo de energía libre. El cambio de energía libre estándar es a 25º C, concentración 1 mol de reactivos. El cambio de energía libre estándar a pH 7 es ΔGº’. ΔGº= -RT.lnKeq (R: constante de los gases, T: temperatura absoluta) El cambio de energia libre estándar da la cantidad máxima de trabajo que la reacción puede realizar. La relación con la Keq es que cuando esta es alta (>1), ΔGº es negativo (la reacción ocurre con disminución de energía libre), mientras que cuando es baja, es positivo (debe suministrarse energía para que la reacción ocurra). Las reacciones que tiene un ΔGº negativo son espontaneas y se denominan exergonicas, mientras que cuando es positivo no son espontaneas solo se realizan si se suministra energía y se denominan endergonicas. Las exergonicas liberan energía que puede ser utilizada por las endergonicas. Cinetica química Estudia la velocidad y mecanismos de las reacciones químicas. La velocidad de una reacción se expresa en termino de cantidad de reactivo convertido en producto (o de producto formado) en la unidad de tiempo. La velocidad entonces se expresa: V= k [A]x [B]y (k: constante de velocidad, A y B: concentración de reactivos) Los valores x e y indican el orden de la reacción, la relación entre velocidad y concentración de reactivo. Si la reacción es de orden 0 (x=0, y=0) cuando los productos se forman en cantidad constante, independientemente de la concentración de reactivos. Es de primer orden (x=1) cuando la velocidad es proporcional a la concentración de un reactivo, lo que produce un aumento líneal de la velocidad. Es de segundo o tercer orden (y=2) una reacción cuya velocidad esta relacionada con las concentraciones de dos o tres reactivos. Inependientemente de la ΔG toda reacción necesita energía en los reactivos para empezar, es decir que las moléculas deben alcanzar un estado de transición o activación. Página 22 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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: E + S E S E + P Página 23 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 un complejo multienzimatico, donde el producto de la primera enzima es el sustrato de la seguna y asi sucesivamente. Tambien existen enzimas multifuncionales que presentan varios sitios activos. Determinacion de actividad enzimática La actividad de una enzima puede determinarse midiendo la cantidad de producto formado, o de sustrato consumido, en un tiempo dado. Factores que modifican la actividad enzimática A- Concentracion de enzima: cuando se determina la velocidad inicial de una reacción catalizada por una enzima, en presencia de cantidades saturante de sustrato y manteniendo constantes todos los otros factores en el medio de reacción, la velocidad es directamente proporcional a la concentración de enzima. B- Concentracion de sustrato: si se mantiene constante la concentración de enzima y se varia la concentración de sustrato, primero la velocidad aumenta rápido, a niveles mas elevados crece lento y alcanza una velocidad máxima (hipérbole). Esta curva se produce porque a baja concentración de sustrato, la mayoría de enzimas esta libre y mientras se aumenta, estas se van ocupando, hasta que todas las enzimas están unidas a sustrato, por lo que éste está saturado y se alcanza una velocidad constante, la velocidad máxima. La velocidad máxima se alcanza con una concentración infinita de sustrato por lo que para establecer una relación entre velocidad inicial y concentración de sustrato se definió la constante Km (constante de Michaelis) que corresponde a la concentración de sustrato con la cual la velocidad de reacción alcanza un valor igual a la mitad de la máxima. Si la concentración de sustrato es igual a la Km, la velocidad de reacción es igual a la máxima. Página 24 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M C- Temperatura: la velocidad de una reacción química aumenta cuando la temperatura asciende. Si se mantienen constantes las concentraciones de enzima, sustrato y otros factores y se aumenta la temperatura, llega a una temperatura máxima (temperatura optima), pasando la cual cae la actividad. D- pH: ocurre lo mismo que con la temperatura, ya que las enzimas tienen un pH optimo, por debajo o por encima del cual disminuyen la actividad. Inhibidores enzimáticos Ciertos agentes químicos inhiben la acción de las enzimas, pudiendo ser reversible o irreversible. Inhibidores irreversibles Producen cambios permanentes en la enzima con deterioro definitivo de su capacidad catalítica. Se incluye a los llamados inhibidores suicidas, sustancias que por su semejanza con el sustrato pueden ocupar el sitio activo, formando uniones covalentes en él y lo bloquean irreversiblemente. Inhibidores reversibles Existen tres tipos: -Inhibidores competitivos: aumentan el valor de la Km pero no modifican la velocidad máxima. En algunos casos el inhibidor presenta similitud con el sustrato y ambos compiten por el sitio activo de la enzima. Algunas moléculas se unen al sitio activo a pesar de no poseer similitud con el sustrato. En otros casos, inhibidor y sustrato se fijan a diferentes sitios de la enzima, pero la fijación de uno impide la del otro. E + S ES E + P + I EI -Inhibidores no competitivos: se unen a la enzima en un lugar de la molecula diferente del sitio activo y disminuyen la velocidad máxima sin modificar la Km. El inhibidor se une, ya sea a la enzima libre como al complejo ES, por lo que el valor de Km no se modifica, ya que la enzima se relaciona con el sustrato igual que en ausencia del inhibidor, pero el producto se reduce como su hubiera menos enzima en el madio. E + S ES E + P + + I I EI + S ESI Página 25 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M -Inhibidores anticompetitivos: el inhibidor se une al complejo ES. Hay dos reacciones, una lleva a la formación de producto y la otra a ESI, reduciendo la Km y reduciendo la velocidad máxima. E + S ES P + I ESI Regulacion de la actividad enzimática La actividad de enzimas en las células es ajustada a los requerimientos fisiológicos. En condiciones normales las concentraciones de sustrato se encuentran por debajo o próximas al Km, al aumentar el sustrato, aumenta la actividad enzimática. Las transformaciones de un compuesto se producen a través de una serie de etapas. En cada paso se forma un nuevo producto, utilizado como sustrato por la enzima de la etapa siguiente. Existen reguladores del flujo de sustratos y productos y suele ser la enzima que cataliza la primera etapa. De acuerdo con la señal a la cual responden, las enzimas reguladoras se dividen en: -Alostericas: en algunas vías, la enzima que cataliza la primera etapa es inhibida por el producto de la ultima (cuando el producto excede necesidades se detiene la producción). En otros casos la enzima es estimulada. Esto se llama retroalimentación. El agente modificador se une a la enzima, denominada alosterica en un lugar distinto al sitio activo. Estos agentes se denominan moduladores alostericos y modifican la aptitud del sitio activo para recibir al sustrato (curva sigmoide). -Modificacion covalente: hay enzimas reguladas por adicion o sustracción de sitios covalentes. En algunos casos la concentración de enzimas permanece constante en la vida de la celula y se denominan enzimas constitutivas, mientras que en otros casos se sintetizan según el requierimiento, denominándose enzimas inducibles. Isozimas Son proteínas diferentes con la misma actividad enzimática (lactato deshidrogenasa-LDH presenta cinco isozimas). Página 26 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M Crecimiento y Desarrollo UP 1 Cátedra de Histología 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 diversosprocesos. 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 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. Página 27 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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. Página 28 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 forma un 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 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). Página 29 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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 quepueden 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). -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. Página 30 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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. Página 31 de 421Alan Altamirano Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 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. 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). Página 32 de
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