BIOLOGIA1.1 Carácter científico y metodológico de la biología

La biología se considera científica, porque es nos explica los procesos de la naturaleza para saber en queMundo estamos, metodológica, por utilizar el método científico, donde la observación, experimentaciónSon los pasos esenciales... y el inevitable uso del método científico para formular las leyes e hipótesis deTodo investigador.

1.2 relación de la biología con la tecnología y la sociedad

1.1. -El avance tecnológico como medio de control biológico.

En este mundo, los seres humanos ya no son fruto de una relación vivípara, sino son seres creados ymodelados en laboratorio. Los embriones, por medio de procesos físicos y químicos, son dotados de unascualidades. Otro ejemplo de control biológico es el que ejerce el estado sobre la población, controlando laproporción de hombres y mujeres que deben nacer para mantener en equilibrio demográfico, como dejaver esta cita:"Dejamos desenvolverse normalmente hasta un treinta por ciento de los embriones femeninos. A losrestantes se les suministra una dosis de hormonas sexuales masculinas cada veinticuatro metros duranteel resto de la carrera. ".El control sobre las enfermedades es muy grande. Todos los individuos están inmunizados contra éstas: lagente no enferma, no envejece, etc. La vejez no existe.Como se ha podido ver, el control biológico es muy grande.1.2. -El avance tecnológico como medio de control social.. Un ejemplo de la producción de seres humanos en serie como medio de control social viene dado por lasiguiente cita:"También predestinamos y condicionamos. Decantamos a nuestros críos como seres humanossocializados, como Alfas o Epsilones, como futuros poceros o futuros interventores mundiales"Estas palabras, pronunciadas por el director de incubadoras, dejan bien clara la manipulación genética delos individuos por parte del estado para lograr un mayor control social.

2.1. Origen y teoría celular, instrumentos de la biología

Las Células fueron descubiertas por Robert Hook en el siglo XVII (1665). En 1827, Robert Brown descubre el núcleo celular, obviamente en lo que hoy reconocemos como células eucarióticas. En 1839, MatthiasSchleiden y Theodor Schwann, postularon que los seres vivos están constituidos de células y en 1850, Rudolf Virchov postuló que toda célula se ha originado a partir de otra célula.

El concepto moderno de la teoría celular se sostiene en cuatro postulados:

1. Los seres vivos están constituidos de células (Schleiden y Schwann, 1839)2. Toda célula se ha originado a partir de otra célula (Virchov, 1850).3. La célula es la unidad mínima de la vida.4. La célula es la unidad genética de los seres vivos.

Sin embargo, los dos últimos postulados (los modernos) son muy cuestionables, yo pienso que hasta absurdos, ya que ahora reconocemos la existencia de seres vivos de complexidad estructural acelular (que no son célular): los virus, los viroides y los plásmidos.

El concepto estructural de vida, la teoría celular, ha sido sustituido por un concepto funcional: la replicación de la información genética para fines de conservación de las especies… cosa que además de las células, la hacen los organismos a celulares.

En resumen, la teoría celular sobre la naturaleza de la vida es actualmente un valioso concepto histórico, que fue fundamental para el desarrollo de la biología moderna, en todas sus acepciones. Así avanza el conocimiento humano.

2.2. Niveles de organización de los seres vivos y biomoléculas presentes en las células: función de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Partículas elementales: protones, neutrones, electrones.

Biomoléculas: unión de bioelementos. Tipos:

Biomoléculas inorgánicas: Son la materia inerte de los seres vivos, aparecen también en la naturaleza. Son el agua y las sales minerales.

Biomoléculas orgánicas: Solo existen formando parte de los seres vivos. Son los glúcidos, lípidos, proteínas y ácido nucleicos.

Célula: SER VIVO UNICELULAR

Tejido: Conjunto de células muy parecidas y que realizan la misma función. Ej.: epitelial, conjuntivo, muscular, nervioso…

Órgano: Conjunto de tejidos que realizan distintas funciones. Ej.: corazón, hígado, raíz, tallo, hojas…

Aparato: Conjunto de órganos que realizan actos coordinados. Ej.: apto digestivo, apto locomotor…

El aparato digestivo es el conjunto de órganos (boca, faringe, esófago, estómago intestino delgado e intestino grueso) encargados del proceso de la digestión

Sistema: Conjunto de órganos que realizan actos distintos. Ej.: sistema endocrino u hormonal, sistema nervioso….

SER VIVO PLURICELULAR

Bioelementos

De los elementos químicos que aparecen en la tabla periódica, únicamente algunos aparecen en los seres vivos, son los bioelementos y a partir de ellos se forman las biomoléculas. TIPOS:

BIOELEMENTOS PRIMARIOS: Muy abundantes (96,2 % de la materia viva). Son seis: C, O, H, N, P y S. El elemento químico más importante en los seres vivos es el CARBONO.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Constituyen el 4% restante pero son muy necesarios para el funcionamiento del ser vivo. Como por ejemplo:

Hierro (Fe): forma parte de la molécula de hemoglobina (presente en los glóbulos rojos y que se encarga del transporte del oxígeno).

Magnesio (Mg): forma parte de la molécula de clorofila, que es molécula que se encarga de captar la luz del sol durante el proceso de la fotosíntesis.

Biomoléculas

Son el conjunto de compuestos que forman los seres vivos. Se dividen en:

Biomoléculas inorgánicas: agua y sales minerales

Biomoléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Biomoléculas inorgánicas

No son exclusivas de los seres vivos; son el agua y las sales minerales

El agua.- Es el compuesto más abundante en los seres vivos y en el medio en que se desenvuelven los seres vivos. La concentración de agua varía según el ser vivo siendo muy abundante en los vegetales y medusas y mínima en las semillas y esporas. En el hombre representa el 63% de su peso

El agua se encuentra en los seres vivos de tres formas:

- agua circulante: en la sangre, savia…

- agua intracelular: la que se encuentra en el interior de las células

- agua intersticial: entre las células.

Las sales minerales.- A diferencia del agua aparecen en los seres vivos en cantidades muy pequeñas. Forman parte de las estructuras sólidas de los seres vivos como por ejemplo el carbonato cálcico y el fosfato cálcico que forman parte de los huesos de los vertebrados y de las conchas de los moluscos. Constituyen estructuras sólidas y con función esquelética. También se encuentran sales disueltas en todos los líquidos del organismo, como en la sangre y en las lágrimas

Biomoléculas orgánicas

Aparecen únicamente en los seres vivos; son los:

I. Glúcidos II. Lípidos III. Proteínas IV. Ácidos nucleicos.

I. Glúcidos o hidratos de carbono:

Monosacáridos: como la glucosa. Tiene sabor dulce y es una molécula de gran importancia pues se sintetiza en el proceso de la fotosíntesis a partir de CO2, agua y energía solar y se oxida en el proceso de la respiración para liberar energía. Disacáridos: como la maltosa. Está formada por la unión de dos moléculas de glucosa. Polisacáridos: como el almidón y la celulosa. Son moléculas de gran tamaño (macromoléculas) formadas por la unión de muchas moléculas de glucosa. La celulosa forma la fibra alimentaria pues está presente en la “pared celular” que rodea las células vegetales.

II. Lípidos:

Son moléculas que no se disuelven en agua. Hay muchas clases de lípidos:

Colesterol: forma parte de la membrana celular o plasmática.

Grasas: están formadas por la unión de dos moléculas más sencillas: glicerol + ácidos grasos. Las podemos dividir en:

Aceites: son grasas insaturadas, son líquidas a temperatura ambiente y son de origen vegetal.

Sebos: son grasas saturadas, son sólidas y de origen animal.

III. Proteínas:

Son grandes moléculas (macromoléculas) formadas por la unión de miles de moléculas más sencillas llamadas aminoácidos. Hay 20 aminoácidos distintos. Dependiendo del número y colocación de los aminoácidos que las forman, hay muchas proteínas diferentes. Como:

Hemoglobina: presente en los glóbulos rojos de la sangre y que se encarga del transporte del oxígeno a todas las células.

Colágeno: aparecen en los tejidos cartilaginoso y conjuntivo. Albúminas: se encuentran en la leche (lacto albúminas) y huevos (ovoalbúminas).

Clorofila: que es molécula que se encarga de captar la luz del sol durante el proceso de la fotosíntesis

Insulina y Glucagón: son dos hormonas fabricadas en el páncreas que regulan la cantidad de glucosa en sangre (glucemia).

IV. Ácidos nucleicos:

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

El ADN: es la molécula portadora de la información genética, es decir, porta el mensaje para que la célula sintetice en los ribosomas las proteínas que necesita. Se encuentra en el citoplasma de la célula procariota (bacterias) y en el núcleo de las células eucariotas. El

ARN: es la molécula que transporta el mensaje genético desde el ADN hasta los ribosomas. Estos leerán el mensaje genético y sintetizarán las proteínas

Vitaminas:

Son también moléculas orgánicas que nuestro cuerpo necesita en cantidades muy pequeñas, pero que son imprescindibles para su correcto funcionamiento. Como no podemos fabricarlas se toman a través de los alimentos que las contienen.

VITAMINA Alimentos en que abunda Síntomas de su carenciaA Zanahorias, espinacas,

huevos, pimientos.-Lesiones en la piel, pelo y uñas. - Pérdida de visión

B Cereales, legumbres (lentejas, garbanzos, habas…) hígado.

- Alteraciones nerviosas - Lesiones en la piel

C Naranjas, coles, kiwis… -Cansancio - Hemorragias en las encías

D Leche, queso, yema de huevo, atún, hígado…

- Raquitismo en los niños - Huesos frágiles

2.3 Células procariotas, eucariotas: estructura y función.

Células procariotasSe llama procariota a las células sin núcleo celular definido, es decir cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma.Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) algunos de los cuales son denominados laminillas y otro es denominado mesosoma y está relacionado con la división de la célula.La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección.El interior de la célula se denomina citoplasma. En el centro es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide, donde se encuentra el material genético o ADN. Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma y está asociado al mesosoma.En el citoplasma también hay ribosomas, que son estructuras que tienen la función de fabricar proteínas. Pueden estar libres o formando conjuntos denominados polirribosomas.Las células procariotas pueden tener distintas estructuras que le permiten la locomoción, como por ejemplo las cilias (que parecen pelitos) o flagelos (filamentos más largos que las cilias).

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Células eucariotasSe llama célula eucariota a las células que tienen un núcleo definido gracias a una membrana nuclear donde contiene su material hereditario. Las células eucariotas tienen un modelo de organización mucho más complejo que las procariotas. Su tamaño es mucho mayor y en el citoplasma es posible encontrar un conjunto de estructuras celulares que cumplen diversas funciones y en conjunto se denominan organelas celulares.El siguiente esquema representa el corte de una célula a la mitad para poder observar todas sus organelas internas.

Membrana plasmáticaEl límite externo de la célula es la membrana plasmática, encargada de controlar el paso de todas las sustancias y compuestos que ingresan o salen de la célula.La membrana plasmática está formada por una doble capa de fosfolípidos que, cada tanto, está interrumpida por proteínas incrustadas en ella. Algunas proteínas atraviesan la doble capa de lípidos de lado a lado (proteínas detransmembrana) y otras sólo se encuentran asociadas a una de las capas, la interna o externa.Las proteínas de la membrana tienen diversas funciones, como por ejemplo el transporte de sustancias y el reconocimiento de señales provenientes de otrascélulas.

El núcleo celuarEl núcleo contiene el material genético de la célula o ADN. Es el lugar desde el cual se dirigen todas las funciones celulares. Está separado del citoplasma por una membrana nuclear que es doble. Cada tanto está interrumpida por orificios o poros nucleares que permiten el intercambio de moléculas entre el citoplasma y el interior nuclear. Una zona interna del núcleo, que se distingue del resto, se denomina nucleolo. Está asociado con la fabricación de los componentes que forman parte de los ribosomas.

CitoplasmaEs la parte del protoplasma que se ubica entre las membranas nuclear y plasmática. Es un medio coloidal de aspecto viscoso en el cual se encuentran suspendidas distintas estructuras y organoides.

Retículo endoplasmático. Está formado por un sistema complejo de membranas distribuidas por todo el citoplasma. Se distingue una zona del retículo asociada a los ribosomas que tiene la función de fabricar proteínas denominada retículo endoplasmático rugoso o granular (RER o REG). La porción de retículo libre de ribosomas se denomina retículo endoplasmático liso (REL) y tiene, entre otras, la función de fabricar lípidos.

Complejo de Golgi. Es otra organela que tiene forma de sacos membranosos apilados. Aquí llegan y se modifican algunas proteínas fabricadas en el RER. Los productos son dirigidos hacia diferentes destinos: Golgi es el director de tránsito de las proteínas que fabrica la célula. Algunas son dirigidas hacia la membrana

plasmática, ciertas proteínas serán exportadas hacia otras células y otras serán empaquetadas en pequeñas bolsitas membranosas (llamadas vesículas).

Lisosomas. Son un tipo especial de vesículas formadas en el complejo de Golgi que contiene en su interior enzimas que actúan en la degradación de las moléculas orgánicas que ingresan a la célula. A este proceso se lo denomina digestión celular.

Mitocondrias. Estas organelas están rodeadas de una doble membrana. En las mitocondrias se realizan las reacciones químicas que permiten generar energía química a partir de moléculas orgánicas en presencia de oxígeno. Esta energía es la que mantiene todos los procesos vitales de la célula.

Cloroplastos. Están presentes solamente en las células vegetales. Tiene una membrana externa, una interna y además un tercer tipo de membrana en forma de bolsitas achatadas, llamadas tilacoides, que contienen un pigmento verde, la clorofila, que permite realizar el proceso de fotosíntesis.

Vacuolas. Son vesículas membranosos presentes en las células animales y vegetales. Sin embargo son mucho más importantes en las células vegetales y pueden ocupar hasta el 70-90% del citoplasma. En general, su función es la de almacenamiento.

Ribosomas. Son organelas formadas por dos subunidades (mayor y menor) que se originan en el nucleolo y que, una vez en el citoplasma, se ensamblan para llevar a cabo su función. Los ribosomas están a cargo de la fabricación o síntesis de las proteínas. Los hacen libres en el citoplasma o asociados a la superficie del RER.

El citoesqueleto. Es un conjunto variado de filamentos que forman un esqueleto celular, necesario para mantener la forma de la célula y sostener a las organelas en sus posiciones. Es una estructura muy dinámica pues constantemente se está organizando y desorganizando y esto le permite a la célula cambiar de forma (por ejemplo para aquellas células que deben desplazarse) o permitir el movimiento de las organelas en el interior del citoplasma.

Centriolos. Son dos estructuras formadas por filamentos que pueden observarse en el citoplasma de las células animales. Participan durante la división de la célula. En las células vegetales no se encuentran.

Pared celular. Las células vegetales, por fuera de la membrana plasmática, presentan una pared celular que le brinda protección. Tiene una composición distinta a las paredes que se encuentran en las células procariotas.

CÉLULA PROCARIOTA CÉLULA EUCARIOTAEstructura sencilla. Tamaño: 1 a 5

micrones.Estructura compleja. Tamaño: 10 a 50

micrones.Tienen pocas formas: esféricas (cocos), de

bastón (bacilos), de coma ortográfica (vibriones), o de espiral (espirilos). Siempre son unicelulares, aunque pueden formar colonias.

Tienen formas muy variadas. Pueden constituir organismos unicelulares o pluricelulares. En éstos

hay células muy especializadas y, por ello, con formas muy diferentes.

Membrana de secreción gruesa y constituida de mureína. Algunas poseen además una cápsula mucosa que favorece que las células hijas se

mantengan unidas formando colonias.

Las células vegetales tienen una pared gruesa de celulosa. Las células animales pueden presentar una membrana de secreción (matriz extracelular) o

carecer de ella.

Los orgánulos membranosos son los mesosomas. Las cianobacterias presentan

además, los tilacoides.

Los orgánulos membranosos son: el retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas,

lisosomas, mitocondrias, cloroplastos (solo algunas células) y peroxismas.

Las estructuras no membranosas son los ribosomas. Algunos presentan vesículas de

paredes proteicas.

Las estructuras no membranosas son los ribosomas, citoesqueleto y en las animales,

además, centriolos.

No tienen núcleo. El ADN está condensado en

una región del citoplasma denominada nucloide. No se distinguen nucléolos.

Si tienen núcleo y dentro de él uno o más nucléolos.

ADN doble circular, con pocos genes. El ADN se empaqueta formando una estructura circular.

ADN doble helicoidal, con muchos genes. El ADN se empaqueta formando cromosomas.

Estructura celular típica de bacterias. Estructura célular típica de protistas, hongos, plantas y animales

CÉLULA VEGETAL CÉLULA ANIMAL

Forma ligeramente hexagonal. Forma esférica.

Tiene una gran vacuola con agua de reserva. Contiene poros para el intercambio de nutrientes y desechos

Cloroplasto que hace la fotosíntesisNo tiene cloroplasto.

No posee centriolos. Con centriolos, por lo que pueden presentar cilios y flagelos.

Núcleo, citoplasma y orgánulos en la periferia.

Núcleo central.

Tipos de transporte molecular

La comunicación entre entre la célula y el medio extracelular se encuentra mediado por la membrana plasmática, la bicapa lipídica es es una estructura ideal para prevenir la pérdida de solutos cargados y polares de la célula. Hay dos mecanismos básicos para el movimiento o transporte de sustancias a través de una membrana:

1. Transporte pasivo: Por difusión2. Transporte activo: Mediante gasto energético

Ambos tipos de movimiento permiten el flujo neto de un ión o compuesto particular, se conocen

varios procesos mediante los cuales las sustancias cruzan las membranas: difusión simple por la

bicapa de lípidos a favor de un gradiente de concentración; difusión simple por un canal acuoso

recubierto con proteínas; difusión facilitada através de un transportador proteíco y transporte activo,

que requiere una "bomba de proteína impulsada por energía capaz de mover sustancias contra un

gradiente de concentración.

Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química.

Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biosfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— procede de la fotosíntesis.

La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz.

La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

RESPIRACIÓN CELULAREl proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR.

RESUMEN DE LA GLUCÓLISIS

Fig. 9.1 - Resumen de las dos etapas de la glucólisis. En la primera etapa se utilizan 2 ATP y la segunda produce 4 ATP y 2 NADH. Otros azúcares, además de la glucosa, como la manosa,

galactosa y las pentosas, así como el glucógeno y el almidón, pueden ingresar en la glucólisis una vez convertidos en glucosa 6-fosfato.

 

 

ECUACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+   2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

 

VÍAS ANAERÓBICAS

El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías. Dos son anaeróbicas (sin oxígeno) y se denomina FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA y FERMENTACIÓN LÁCTICA.

A la falta de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o ácido láctico según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él. Al extraer jugos azucarados de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la uva y la época en que fue cosechada.

La formación de alcohol a partir del azúcar se llama fermentación.

Fermentación alcohólica

El ácido pirúvico formado en la glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH y se reduce a acetaldehído.

Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos transforman el ácido Pirúvico en ácido láctico.

En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza

a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.

 

Fermentación láctica

En esta reacción el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico.

La fermentación sea ésta alcohólica o láctica ocurre en el citoplasma.

 

 

ESQUEMA BIOQUÍMICO DEL PROCESO DE FERMENTACIÓN

A)     Alcohólica : 2 ácido pirúvico + 2 NADH  2 etanol + 2 CO2 + 2 NAD+

B)      Láctica : 2 ácido pirúvico + 2 NADH  2 ácido láctico + 2 NAD+

 

La finalidad de la fermentación es regenerar el NAD+ permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una provisión pequeña pero vital de ATP para el organismo.

RESPIRACIÓN AERÓBICA

En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua.

La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente).

En las células eucariotas estas reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan acabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.

Estructura de las Mitocondrias

Las mitocondrias están rodeadas por dos membranas, una externa que es lisa y una interna que se pliega hacia adentro formando crestas. Dentro del espacio interno de la mitocondria en torno a las crestas, existe una solución densa (matriz o estroma) que contiene enzimas, coenzimas, agua, fosfatos y otras moléculas que intervienen en la respiración.

La membrana externa es permeable para la mayoría de las moléculas pequeñas, pero la interna sólo permite el paso de ciertas moléculas como el ácido pirúvico y ATP y restringe el paso de otras. Esta permeabilidad selectiva de la membrana interna, tiene una importancia crítica porque capacita a las mitocondrias para destinar la energía de la respiración para la producción de ATP.

La mayoría de las enzimas del ciclo de Krebs se encuentran en la matriz mitocondrial. Las enzimas que actúan en el transporte de electrones se encuentran en las membranas de las crestas.

Las membranas internas de las crestas están formadas por un 80 % de proteínas y un 20 % de lípidos.

En las mitocondrias, el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis, se oxida a dióxido de carbono y agua, completándose así la degradación de la glucosa.

El 95 % del ATP producido se genera, en la mitocondria.

Las mitocondrias son consideradas organoides semiautónomos, porque presentan los dos ácidos nucleicos (del tipo procarionte)

 

Fig. 9.2 - Esquema de la ultraestructura de una mitocondria. (a) Esquema tridimensional, (b) Esquema de un corte al M.E.T. (c) Cresta mitocondrial (detalle).

Fig.9.3- Microfotografía electrónica de una mitocondria. Se observan las invaginaciones de la membrana interna que forman las características crestas, que identifican esta

organela

Como puede apreciase en la fig. 9.2 (c), las crestas mitocondriales aparecen cubiertas por partículas en forma de hongo, que tienen un tallo más fino que las unen a la membrana. Estas estructuras son las llamadas partículas F1 y representan una porción de la ATPasa especial que interviene en el acoplamiento entre la oxidación y la fosforilación. Las partículas F1 se encuentran en la membrana interna, del lado relacionado con la matriz; le confieren una asimetría característica relacionada con la función de la ATPasa (este punto se verá más detalladamente al referirnos a la hipótesis quimiosmótica).

Para concluir, es importante destacar que el ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial; mientras que el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se producen a nivel de las crestas mitocondriales.

FOTOSÍNTESIS

En la primera etapa o etapa lumínica, la energía del sol es captada por la clorofila y otros pigmentos accesorios, provocando una serie de reacciones de óxido--reducción que propulsan la síntesis de ATP; la reducción de la coenzima NADP a NADPH y la oxidación de moléculas de H2O liberando O2 al medio. En la siguiente etapa o ciclo de Calvin el NADPH y el ATP (productos de la anterior etapa) se utilizan para reducir al CO2 que el vegeta1 toma del medio, a carbono orgánico. Si falta alguno de estos sustratos, el proceso se detiene.

Son necesarias 6 vueltas al c1clo para formar una molécula de glucosa partir de 2 moléculas de PGAL.

Este compuesto también se puede utilizar como material inicial para elaborar otros compuestos orgánicos que la célula necesita.

RESPIRACIÓN

La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las células.

La primera fase de este proceso es la glucólisis, en la cual la molécula de glucosa (6C), se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico (3C). Este paso produce un rendimiento neto de 2 moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.

La segunda fase de la degradación de la glucosa es la respiración aeróbica que ocurre en tres etapas: ciclo de Krebs, transporte de electrones y fosforilación oxidativa.

En ausencia deO2 el ácido pirúvico de la glucólisis se convierte en etanol o ácido láctico mediante fermentación. En el curso de la respiración las moléculas de ácido pirúvico se fraccionan en grupos acetilos; los cuales ingresan al ciclo de Krebs. En este ciclo los grupos acetilos se oxidan por completo a CO2, se reducen cuatro aceptores de electrones (tres NAD+ y Un FAD) y se forma GTP.

La etapa final de la respiración es el transporte de electrones y la fosforilación oxídativa (se dan acopladamente). En este paso intervienen una cadena de transportadores de electrones que transportan los electrones de alta energía aceptados por el NADH y el FADH2 viajando cuesta abajo hacia el oxígeno.

En tres puntos de su descenso por toda la cadena transportadora, se liberan grandes cantidades de energía que propulsan el bombeo de protones hacía el espacio intermembranoso de la mitocondria. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna. Cuando los protones atraviesan el complejo ATP sintetasa hacia la matriz, la energía liberada se utiliza para sintetizar moléculas de ATP. Este mecanismo por el cual se cumple la fosforilación oxidativa se conoce como hipótesis quimiosmótica.

  

Fig.9.9- Resumen del metabolismo de los glúcidos en células eucariotas

 

Genética mendeliana

Antes de la genética mendeliana existía la pangénesis: lo que se transmitía estaba en el semen, y cada parte del cuerpo cedía algo. El semen agrupaba, por tanto, de todo un poco. Aristóteles, Lamarck, incluso Darwin, mantuvieron la pangénesis. Weismann distinguió:

somatoplasma: que formaba el cuerpo. plasma germinal: era el que se transmitía a la descendencia. Se formaba en un

momento determinado y ya no se volvía a modificar, ya no se volvía a pedir información a las distintas partes del cuerpo. Así, se explicaba que aunque un sujeto perdiera, por poner un ejemplo, un dedo, no tenía por ello hijos sin ese dedo.Weismann cortó la cola a ratones durante varias generaciones, pero los ratones seguían naciendo con cola. Así, concluyó que el plasma germinal se formaría en un momento antes del nacimiento del individuo.

Gregor Mendel (1822-1894). Este monje agustino, encargado del huerto de su monasterio, decide estudiar los guisantes y sus características. Empezó a ver cosas como que cuando plantaba guisantes rugosos nacían guisantes rugosos, cuando plantaba lisos salían lisos, cuando los cruzaba bien salían rugosos bien salían lisos. Cruzó los distintos tipos y anotó todas las combinaciones. Seleccionó unos caracteres frente a los otros. Se fijó, por ejemplo, en la forma del guisante, en el tallo, en el color de las flores. La suerte que tuvo fue que seleccionó caracteres diferenciales, puros. Cuantificaba todo resultado que obtenía, todo lo expresaba en números. De sus anotaciones sacó una serie de conclusiones. Estas reglas generales fueron publicadas, pero pasaron desapercibidas. Hasta más de 60 años después no reprodujeron otros sus experiencias. Algunos investigadores estudiaron lo mismo y descubrieron que Mendel lo había hecho incluso mejor bastantes años antes. Las reglas que Mendel aplicó a las plantas son válidas para todas las especies animales y vegetales. Son, por tanto, leyes generales. Los caracteres que eligió eran cualidades puras, esto era algo que él no sabía.

Primera ley de Mendel

Siempre la primera generación son individuos híbridos que presentan los rasgos de uno solo de los parentales. A este parental se llamabarasgo dominante, al otro, rasgo recesivo. Esto ocurría con cualquier rasgo (color, tamaño, etc.).

A esta primera ley podemos añadir dos excepciones:

Dominancia incompleta: una planta puede tener flores blancas o flores carmesí. La descendencia de cruzar ambos tipos las tiene rosadas. Cuando se cruzan miembros de esta primera generación se obtienen miembros en proporción que no es 3:1, sino 1:2:1.

Codominancia: el ejemplo típico es el de los grupos sanguíneos. Nosotros podemos tener características del padre y de la madre al mismo tiempo. No hay sólo dos tipos de grupo sanguíneo, sino 4. Los 4 tipos (establecidos por el grado de aglutinación de los glóbulos rojos) son fruto de la combinación de genes del padre y de la madre.Segunda ley: ley de la segregación

Los caracteres reaparecen en la segunda generación. Es decir, los caracteres `enmascarados' (recesivos) en la primera generación resurgen en la segunda. Esto se demostraba siempre que hablábamos de caracteres puros (homocigotos). La manera de saber si son homocigotos es sencilla: cruzamos con el carácter que queda enmascarado en la primera generación. Si es heterocigoto (Aa) dará la mitad de Aa y la mitad de aa. Esta técnica se llama retrocruzamiento.

Tercera ley de Mendel

Los caracteres se combinan independientemente. Cada pareja alélica es independiente a la hora de combinarse con otra. Esto se ve claro si tratamos 2 caracteres al mismo tiempo. Por ejemplo: tenemos ratones negros de pelo corto y ratones castaños de pelo largo, y los cruzamos. Partimos de que sus caracteres son puros.

Debemos hacer ahora un cuadro de Punnet:

BR Br bR br

BR

BBRRCorto y Negro

BBrRCorto y Negro

bBRRCorto y Negro

bBrRCorto y Negro

Br

BBRrCorto y Negro

BBrrCorto y Castaño

bBRrCorto y Negro

bBrrCorto y Castaño

bR

BbRRCorto y Negro

BbrRCorto y Negro

bbRRLargo y Negro

bbrRLargo y Negro

br

BbRrCorto y Negro

BbrrCorto y Castaño

bbRrLargo y Negro

bbrrLargo y Castaño

Genotipo: dotación genética.

Fenotipo: manifestación de la dotación genética. Es el resultado de la interacción entre genotipo y ambiente.

Series alélicas múltipes: el pelo de los conejos

Nuestros caracteres no vienen determinados por un solo alelo, sino por muchos. Series alélicas múltiples: cuando un carácter viene dado por muchos alelos. Ej.: el pelo de los conejos. Se distinguen varios tipos:

Fenotipo Genotipo

C+ SalvajeC+C+, C+CCH, C+CH, C+Ca

CCH Chinchilla CCHCCH

- Gris CCHCH

CH Himalaya CHCH, CHCa

Ca Albino CaCa

Series alélicas múltiples: el grupo sanguíneo

Otro ejemplo son los grupos sanguíneos. Éstos fueron descubiertos por Landsteiner. El procedimiento es simple: si dos gotas de sangre mezcladas no precipitan es que son de grupos compatibles.

Donante

0 A B AB

0 - + + +

A - - + +

B - + - +

AB - - - -

 

Fenotipo Genotipo

IA A IAIA, IAi

IB B IBIB, IBi

- AB IAIB

i 0 ii

El grupo sanguíneo funciona por alelismo múltiple. Así funcionan prácticamente todos nuestros caracteres. De ahí la dificultad para predecir la descendencia.

Enfermedades determinadas genéticamente

Ejemplo: la corea de Huntington. Es una alelo dominante. Se encuentra en un autosoma (es decir, un cromosoma no sexual). Otro ejemplo: laFenilcetonuria, es decir, la incapacidad para

degradar un aminoácido: la fenilananina. Es un alelo recesivo. Puede producir retraso mental. Otro ejemplo: la enfermedad de Tay-Sachs. Un alelo recesivo. A los ocho meses el niño se apático, al año se queda ciego; no suelen sobrevivir más allá de los 5 años.

Decir que tal o cual psicopatología tiene un “componente genético” es no decir nada. Habría que decir de qué tipo son los problemas genéticos que implica (problemas de dominancia, recesividad, codominancia...).

Una creencia falsa, y extendida hace unos años, es que la genética lo explique todo. Muchos creen que todo está determinado genéticamente, pero al hacer eso olvidan la influencia del ambiente.

La importancia de la genética

Se ha visto que algunas cepas (razas) de ratones de laboratorio son más hábiles en laberintos que otras. Cuando a los ratones de ambas cepas se les pone en un ambiente restringido (sin compañía, sin manipulación, sin rueda, sin serrín...) aumenta su número de errores, y es curioso que se igualan. Si se les pone en un ambiente rico disminuye su número de errores, igualándose también ahora.

Vemos cómo el ambiente influye mucho en la manifestación del genotipo. El híbrido, el individuo heterocigoto es el mejor dotado para los cambios en el ambiente.

Herencia y cromosomas sexuales

Las leyes de Mendel no explican la herencia de la información ligada a los cromosomas sexuales.

Teoría cromosómica de la herencia. A primeros de siglo se conocían ya la genética mendeliana y las divisiones celulares: mitosis y meiosis. Combinando estos conocimientos se llegó a la conclusión de que la información está en los cromosomas, en los genes que éstos contienen. Los genes se transmiten a la descendencia al azar. Si tenemos un cromosoma:

Que en los gametos halla la mitad de cromosomas indica que el reparto es equitativo. Pero a veces un par cromosómico va completo en un gameto y deja al otro gameto sin él. Se habla entonces de no disyunción. El síndrome de Down es un ejemplo de esta alteración. Tener mucha información, como en estos casos, también es problemático. Más información no se traduce en mejora. Por ejemplo: las mujeres con trisomía XXX son estériles. Mucha información repetida no es buena; pero unas pocas repeticiones en diversas partes del cromosoma, partes a las que recurrimos continuamente, son muy interesantes. Nuestra especie tiene informaciones repetidas en diversas partes de los cromosomas.

Los genes están en los cromosomas. En los cromosomas sexuales también hay genes. Éstos son los llamados genes ligados al sexo.

Objeción a las leyes de Mendel: cromosomas sexuales (Morgan)

Morgan estudiaba la mosca de la fruta. Éstas se caracterizan por tener los ojos naranjas (rojos). Pero Morgan observó que algunas de ellas presentaban ojos blancos. Quiso explicar por qué. Para ello cruzó una mosca de ojos naranjas con otra de ojos blancos. Se incumplía lo que cabría esperar según la genética mendeliana:

Morgan pensó que esta característica de los ojos tendría que estar ligada al sexo. Estaba en lo cierto:

Bridges siguió esta mutación. Vio que 1 de cada 2000 individuos era una hembra de ojos blancos. Sólo pudo explicar que aparecieran hembras de ojos blancos hablando de la no disyunción de los cromosomas X. A un gameto le iban los 2 cromosomas X, al otro ninguno. Sacó en conclusión además que el gen del color de los ojos estaba ligado al cromosoma X, y no al Y.

Esta conclusión permitió comprender por qué algunas enfermedades son transmitidas de la madre a la descendencia y éstas sólo se manifiestan entre los individuos del género masculino y no entre los del femenino. Hay genes ligados al cromosoma X y genes ligados al cromosoma Y. El Y es muy pequeño, y se llegó a pensar de él que no contenía ninguna información.

Pero todas estas reglas sobre los genes ligados al sexo no sirven para todas las especies. En algunas el careotipo XY determina el sexo femenino (p. ej. en las aves) y XX es un varón. También hay que poner el ejemplo del sexo según el número de cromosomas. Por ejemplo, en las abejas, las obreras son diploides y los zánganos haploides. Hay un gusano marino en el que el sexo se determina de forma singular: si la larva queda flotando sola será hembra, si queda fijada a una hembra adulta se masculinizará.

Genes letales

En el cromosoma X de drosophila puede haber un gen letal que mata a todos los machos. Clasificación

Letales ! el individuo muere en el 100% de los casos Semiletales ! el individuo muere en el 50% de los casos Subvitales ! el individuo muere en el 25% de los casos Cuasinormales ! el individuo muere en el 10% de los casos

En los cuatro casos hay que decir que el gen letal está presente, otra cosa es la mortalidad que causa.

Expresividad y Penetración

«Expresividad» es la fuerza con que se va a manifestar un gen. Las alas de drosophila están determinadas por un gen; pueden ser largas o cortas. Que sean uno u otro va a depender de la temperatura a la que se desarrollen. Como vemos, la expresividad va a depender del ambiente.

Polidactilia la tienen las personas que cuentan con más de cinco dedos en cada mano. La polidactilia puede ir desde el tener 6 dedos hasta tener 5 (con una anomalía sólo observable en radiografía), pasando por tener 5 y un muñón.

«Penetración» es el tanto por ciento con que un gen se manifiesta en el fenotipo (p. ej. el albinismo).

Fenocopias

Manifiestan algo que no está determinado genéticamente. Podemos inhibir el efecto de ciertos genes en el desarrollo de un individuo, lo cual da un fenotipo que no se corresponde con el genotipo. Ej.: la talidomina (un medicamento que combatía el dolor de cabeza), administrada a mujeres gestantes, hacía que el niño naciera con anomalías tales como la carencia de manos. Sin embargo, estos niños eran genotípicamente normales, y su deficiencia se debía a dicho medicamento.

¿Por qué hay todavía genes recesivos?

Esto lo estudiaron un matemático y un médico (Hardy y Weinberg). Dicen que no desaparecen porque las poblaciones se pueden mantener en equilibrio. Para que una población se mantenga en equilibrio es necesario que:

No haya mutaciones. No haya inmigración ni emigración. La población tiene que ser lo suficientemente grande para que se pueda aplicar la probabilidad. Los emparejamientos serán al azar. Los 2 alelos tiene que ser viables.Si se cumpliera todo esto, habría tanta probabilidad de que un individuo tuviera A como a.

p+q=1

Al cuadrado sigue siendo igual:

(p+q)2=1 ! p2+2pq+q2=1

AA Aa aa

Recordemos que esto sólo se da cuando se cumplen las citadas 5 condiciones. Sin embargo, en las poblaciones existen factores que rompen éstas:

Se producen mutaciones. Estas mutaciones son las que producen la variabilidad. El flujo alélico, producido por la emigración, también las rompe. La

inmigración/emigración está rompiendo la actuación de la selección natural. Deriva génica, cambios en la influencia de los genes (en pequeñas poblaciones

afecta, en grandes poblaciones no). Ej.: alta frecuencia de la enfermedad de Tay-Sachs entre los judíos. Ej.: los Amish de Pennsylvania se caracterizan (dada la consanguinidad) por una homocigosis recesiva; por esa razón se producen muchos casos de polidactilia, de enanismo...

La reproducción selectiva también rompe esta condición de equilibrio.Con la fórmula de Hardy y Weinberg podemos calcular las proporciones de los alelos. Ejemplo: En una población en equilibrio, el alelo dominante A aparece en un 60% de los casos. Calcular las proporciones de la descendencia de dos individuos heterocigotos para ese caracter (Aa).

Población. Organismos de la misma especie que viven en un área específica; por ejemplo: poblaciones de gorriones o de pinos en un bosque.

Comunidad. Conjunto de organismos de especies diferentes que viven en un área e interactúan a través de relaciones tróficas y espaciales. Por ejemplo: la.comu-nidad del desierto incluye plantas, animales y microbios que viven en el área.

Ecosistema. Comunidad relacionada con su ambiente abiótico, con el que interactúa en conjunto; por ejemplo: la comunidad desértica más su suelo, clima, agua, luz solar y otros, forman el ecosistema llamado desierto.

En el siguiente apartado se desarrollará el tema de ecología de poblaciones que también es aplicable a las comunidades y a los ecosistemas.

El objetivo de la ecología de poblaciones (también comunidades y ecosistemas) es determinar las causas que inducen la abundancia de algunas especies en un sitio determinado. Trata de explicar las tasas de crecimiento, los mecanismos evolutivos y las perspectivas futuras.

Su elemento básico de estudio es la población (comunidad y ecosistema).

Las poblaciones (también las comunidades y los ecosistemas), interactúan unos con otros a su nivel de organización, por lo que se distinguen dos tipos de relaciones: relaciones intraespecíficas y relaciones interespecíficas.

Relaciones intraespecíficas. Son las'relaciones desarrolladas entre los miembros de una misma población.

Casi todas las relaciones que se dan en los agrupa-mientos tienden a aumentar el número de individuos de la población; cuando así sucede, se considera que la relación es positiva (+); cuando sucede lo contrario, es

decir, que la población disminuye por elevarse el número de muertes o de emigraciones, las relaciones entre los individuos son negativas (-).

En una población siempre hay relaciones positivas y negativas; si el ecosistema está en equilibrio, estas relaciones, en combinación con diferentes factores bióticos y abióticos, mantienen un número estable de individuos.

Relaciones interespecíficas. Son las relaciones desarrolladas entre diferentes poblaciones.

Siempre que una población interactúa con otra, una de ellas o ambas modifican sus tasas de crecimiento. Si una población es beneficiada, su velocidad de crecimiento tiende a aumentar (+), pero si es perjudicada, esta tasa tiende a disminuir (-).

En ocasiones las interacciones resultan provechosas para ambas (+/+), otras tienen efectos mixtos (+/-) y otras más son perjudiciales para las dos poblaciones involucradas (-/-). El efecto nulo se señala con 0.

Existen siete modalidades de relaciones interespecíficas:

1. Cooperación (+/+).  Ambas especies se benefician, más no son dependientes, ya que pueden vivir aisladas.

2. Mutualismo (+/+).  Beneficio para ambas especies, pero su relación es tan íntima que ya no pueden sobrevivir si se separan. Ej.: bacterias nitrificantes en las raíces de las plantas.

3. Comensalismo (+/0).  Una de las especies se beneficia, pero sin causar daño a la otra.

4. Amensalismo (-10).  Una especie inhibe el crecimiento y supervivencia de la otra, sin sufrir ninguna alteración. Recibe también el nombre de exclusión.

5. Competencia (-/-).  Se presenta cuando dos poblaciones de especies distintas se rivalizan por la obtención de algún recurso ambiental. Si dos poblaciones necesitan el mismo recurso, cada una de ellas trata de contrarrestarla velocidad de crecimiento de la otra.

6. Depredación (+/-).  Relación .en la cual una especie (depredador), ataca y mata a otra (presa) para alimentarse. La población depredadora se beneficia, en tanto que la población presa se inhibe. Son comunes los grandes depredadores como leones, tigres, lobos, pumas, etc.

7. Parasitismo (+/-).  Se trata de la interacción de dos especies, una de las cuales (el parásito) se alimenta a expensas de otra (el huésped). Esta relación es necesaria para que el parásito sobreviva y en ocasiones causa la muerte del huésped. Ej.: lombriz en el intestino del hombre.

De todas estas relaciones, las que tienen especial interés para la ecología de poblaciones son depredación, competencia y parasitismo.

URL del artículo: http://www.ejemplode.com/36-biologia/317-ecologia_de_poblaciones,_comunidades_y_ecosistemas.htmlFuente: Ecología de poblaciones, comunidades y ecosistemas