Espermatogénesis

ESPERMATOGÉNESIS.
Espermatogénesis
Mecanismo encargado de la producción de espermatozoides. Estos se forman
a partir de unas células, denominadas espermatogonias, que se localizan
en los testículos.
Los espermatozoides presentan tres zonas bien diferenciadas: la cabeza,
el cuello y la cola. La primera es la de mayor tamaño, contiene los
cromosomas de la herencia y lleva en su parte anterior un pequeño
saliente o acrosoma cuya misión es perforar las envolturas del óvulo. En
el cuello se localiza el centrosoma y las mitocondrias, y la cola es el
filamento que le permite al espermatozoide "nadar" hasta el óvulo para
fecundarlo.
Ovogénesis
Es el mecanismo de producción y desarrollo de las células sexuales
femeninas u óvulos. Las células a partir de las que se producen se
denominan ovogonias y el proceso se describe en el siguiente cuadro:
Niveles de organización
Para hacer frente a los cambios producidos en el medio, los seres vivos
han ido evolucionando desde niveles de organización muy sencillos a
otros enormemente complejos, que citados de menor a mayor serían los
siguientes:
* Nivel subatómico: compuesto por las partículas elementales
(electrones, protones, neutrones, neutrinos, piones y muones).
* Nivel atómico: al asociarse las anteriores partículas dan lugar al
átomo. La variedad de átomos responde al diferente número y disposición
de las partículas elementales.
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* Nivel molecular: surge por la unión de átomos al compartir o cederse
entre sí los electrones de la última capa.
* Nivel macromolecular: formado por una complicada unión de grupos de
moléculas de carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. La
organización más compleja dentro de este nivel se alcanza con la
formación de estructuras, tales como las mitocondrias, plastos y
cromosomas, que, a pesar de no ser unidades con vida cuando se
encuentran aisladas, sí constituyen los pilares básicos para la
aparición de la materia viva.
* Nivel celular: La asociación de algunas de las anteriores estructuras
da lugar a un sistema equilibrado en el que cada orgánulo tiene sus
funciones específicas. Una sola célula aislada puede constituir un
organismo completo, conocido como ser unicelular.
A su vez, los seres unicelulares pueden agruparse en colonias o cenobios
en los que cada célula mantiene su individualidad.
* Nivel pluricelular: se origina cuando varias células se asocian,
especializándose cada una de ellas, o cada grupo (tejido), en la
realización de una función encaminada al beneficio del organismo
completo.
La unión de varios tejidos da lugar a un órgano. El conjunto de éstos
forman un sistema y la integración de varios sistemas se conoce con el
nombre de aparato. Por último, la coordinación de varios aparatos corre
a cargo del organismo vivo.
Autoduplicación del DNA
Al ser el DNA el portador de la información genética, su capacidad de
autoduplicación es muy importante a la hora de conservar las
características propias de cada especie.
La duplicación del DNA comienza con el desdoblamiento de la doble
hélice, constituyendo cada una el "patrón" o "molde" para la formación
de una nueva cadena hija complementaria, formada al enfrentarse las
bases nitrogenadas también complementarias (A−T, T−A, G−C y C−G). El
resultado final son dos moléculas de DNA bicatenario idénticas a la
original.
La unión entre los nucleótidos que componen las cadenas hijas está
catalizada por la enzima DNA−polimerasa.
Código genético
Con este nombre se define el conjunto de regularidades o principios de
coordinación según los cuales la información genética está codificada en
el DNA o el RNA, se transcribe a un RNAm en el proceso de transcripción
y se traduce en proteínas con secuencias específicas de aminoácidos
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durante el proceso de traducción.
Las características que presenta este código o clave genética son las
siguientes:
− Cada grupo de tres bases del RNAm codifica un aminoácido. Este trio de
bases recibe el nombre de triplete o codón.
− El código es universal, ya que en todos los organismos los mismos
tripletes codifican los mismos aminoácidos.
− Es un código sin superposiciones, ya que cada base pertenece a un
triplete distinto pero nunca a varios.
− La lectura de los tripletes del RNAm se efectúa sin pausas (no dejando
partes sin leer) desde el punto de comienzo.
− El código genético es un código degenerado, ya que los 64 tripletes o
codones diferentes que se pueden formar únicamente codifican 20
aminoácidos; por lo tanto, un mismo aminoácido puede ser codificado por
tripletes distintos.
Funciones biológicas del DNA y RNA
Ya se vio anteriormente que una de las funciones primordiales del DNA es
la de ser el portador del mensaje genético en las células. Pero este
mensaje, además de heredarse de padres a hijos asegurando la pervivencia
de la especie, debe "traducirse" en la síntesis de las proteínas
constituyentes de un nuevo individuo y en la síntesis de las proteínas
desgastadas o necesarias pa ra el crecimiento de los tejidos. Todo este
proceso tiene lugar de la siguiente forma:
* Fase de transcripción: en ella, la información genética del DNA
contenido en el núcleo tiene que pasar al RNAm que la tras ladará al
citoplasma.
Para ello se desespiraliza únicamente el fragmento de DNA que contiene
el mensaje y es sólo uno de los cordones el que se transcribe. La
síntesis del RNAm se efectúa por complementariedad de bases (A−U, T−A,
G−C y C−G) y la unión de los ribonucleótidos está catalizada por la
RNA−polimerasa.
* Fase de traducción: la información contenida en la secuencia de bases
del RNAm debe traducirse en la secuencia de
aminoácidos característica de la proteína que se vaya a sintetizar. Este
proceso tiene lugar en los ribosomas.
Los ribosomas están formados por dos subunidades, de las cuales la
inferior presenta afinidad por unirse con el RNAm, mien tras que la
superior tiene afinidad por los distintos RNAt que transfieren a los
aminoácidos. En esta unidad superior existen, a su vez, dos
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localizaciones conocidas con las letras A y P, en las que se van
instalando los RNAt a medida que entran en el ribosoma.
El proceso general de traducción tiene lugar como sigue:
− Los aminoácidos, que se encuentran dispersos por el citoplasma, se
unen a su RNAt correspondiente por el brazo aceptor, proceso catalizado
por la enzima aminoacil−RNAt−sintetasa.
− En el lugar A del ribosoma entre el RNAt unido a un aminoácido a1,
cuyas bases libres del brazo anticodón son comple mentarias de las tres
primeras bases del RNAm (AUG o GUG, conocidos como codones de
iniciación). El ribosoma se desplaza y el RNAt con el aminoácido quedan
situados en la posición P.
− Un nuevo RNAt con un aminoácido a2 ocupa el lugar A del ribosoma,
produciéndose a continuación el enlace peptídico entre el aminoácido a1
de la sede P y el aminoácido a2 de la sede A. Este proceso es catalizado
por la enzima peptidil−transferasa.
− Se libera el RNAt de la posición P (ya sin aminoácido) y el ribosoma
vuelve a desplazarse para que la posición A quede libre y todo el
proceso anterior pueda volver a repetirse. De esta forma el ribosoma
recorre toda la cadena de RNAm a razón de tres nucleótidos por
movimiento, añadiéndose en cada etapa un aminoácido más a la cadena
polipeptídica en crecimiento.
− El proceso se termina cuando el conjunto ribosomapéptido−RNAt llega al
denominado codón de terminación del RNAm (UAA, UAG o UGA).
− Después de liberado el polipéptido, el ribosoma se disocia en sus dos
subunidades.
Funciones de reproducción:
Normalmente las bacterias se reproducen asexualmente por bipartición,
formándose un tabique transversal que divide la célula madre en dos
células hijas. En ocasiones, el tabique no es completo y las células
permanecen unidas durante mucho tiempo. En algunos grupos la
reproducción asexual se lleva a cabo por gemación.
Hacia el año 1952 se descubrió que las bacterias también podían
reproducirse sexualmente, comportándose uno de los ejemplares como macho
y el otro como hembra. Este comporta miento sexual, que implica
transferencia de material genético de una bacteria a otra, se puede
realizar por tres métodos distintos:
* Conjugación: Las bacterias se unen a través de un puente por el que
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se produce el paso del material genético. Las bacterias donantes se
consideran machos y las receptoras, hembras.
* Transformación: Se produce en bacterias capaces de captar un DNA
exógeno procedente de otra bacteria.
* Transducción: La transferencia del material genético de una a otra
bacteria se produce a través de un vector que normalmente es un virus.
Funciones de reproducción:
Son aquellas mediante las cuales la célula se perpetúa, dando lugar a
una célula hija con la misma información genética que su progenitora.
Existen dos procesos de división, la mitosis y la meiosis.
Antes de comenzar con la descripción de cada uno de estos dos procesos,
conviene observar la estructura de un cromosoma, es decir, la forma en
que se organiza el material nuclear. Cada cromosoma está formado por una
molécula de DNA envuelta en una estructura gelatinosa o matriz,
integrada por proteínas y lípidos.
Al microscopio óptico, los cromosomas están formados por dos brazos o
cromátidas con un estrechamiento denominado constricción primaria o
centrómero.
Cada especie presenta un número fijo de cromosomas que constituyen el
cariotipo. En la mayoría de los casos, cada carácter genético viene
determinado por dos cromosomas, iguales morfológicamente, y que reciben
el nombre de homólogos; las células y los organismos de este tipo se
denominan diploides y se representan como 2n. En otros casos, cada
carácter genético viene determinado por un solo juego de cromosomas,
denominándose al individuo haploide y representándose como n. Por
último, se presentan casos (sobre todo en vegetales) en que cada
carácter genético viene determinado por tres o más cromosomas homólogos,
denominándose entonces al individuo como poliploide y representándose
como 3n, 4n, etc.
Genética
Se conoce con este nombre a la ciencia que estudia las leyes y
mecanismos de la herencia biológica en los seres vivos. Esta
heredabilidad determina la perpetuación de características anatómicas,
fisiológicas y de comporta miento de padres a hijos.
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Los genes
Son los segmentos de DNA responsables de la herencia biológica. Como se
vio en el capítulo correspondiente, la ordenación de las bases
nitrogenadas en la doble cadena de DNA será la que determine la proteína
o carácter que ese gen codifique.
Otro concepto importante a tener en cuenta es que cada carácter
hereditario viene determinado por una pareja de genes denominados
alelomorfos o alelos. Estos genes se encuentran situados en idéntico
lugar en cada uno de los dos cromosomas homólogos de los que se compone
la dotación diploide de la célula. Cada alelo se presenta en una de las
dos formas siguientes:
* Dominante: Se representa por una letra mayúscula y basta con que uno
solo de los dos alelos lo sea para que el carácter determinado por él
sea el que se manifieste externamente.
* Recesivo: se representa por una letra minúscula y es necesario que los
dos alelos se presenten de esta forma en la célula para que el carácter
gobernado por ellos se manifieste externamente.
Si los dos genes alelomorfos se presentan en la misma forma (AA o aa),
el individuo es homocigótico; si, por el contrario, se presenta uno como
dominante y otro como recesivo (Aa) el individuo es heterocigótico.
El conjunto de la dotación genética de un ser vivo se conoce con el
nombre de genotipo y la manifestación externa de ese genotipo es el
fenotipo.
Mutaciones
Las mutaciones son cambios que se producen en la copia del genotipo
durante la reproducción celular y que se transmiten de padres a hijos.
Son uno de los factores que influyen en la variabilidad de las especies.
De forma muy general, las mutaciones se pueden dividir en tres grandes
apartados:
* Mutaciones genéticas: se producen por un error en la copia de un gen,
es decir, aparece una nueva ordenación de las bases nitrogenadas de un
segmento de la molécula de DNA.
* Mutaciones cromosomáticas: se producen por alteraciones diversas
durante la división celular y el resultado es que se altera un segmento
cromosómico que incluye a más de un gen.
* Mutaciones genomáticas: son los cambios producidos en el genotipo que
dan como resultado una variación en el número de cromosomas del
individuo (aparición de cromosomas supernumerarios o casos de
poliploidía).
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Herencia del sexo
A diferencia de lo dicho anteriormente, el sexo no se hereda por una
pareja de alelos, sino por una pareja de cromosomas denominados
sexuales. Estos cromosomas se ajustan a dos tipos morfológicos
distintos, el X y el Y. En la especie humana, el sexo femenino viene
determinado por la presencia de dos cromosomas X y el sexo masculino por
la presencia de un X y un Y.
Herencia ligada al sexo
Los cromosomas sexuales, además de portar los genes que determinan el
sexo, llevan otros tipos de genes que afectan a otros tantos caracteres.
Esto resulta, sobre todo, válido para el cromosoma X. Así, por ejemplo,
el daltonismo o ceguera para los colores es una enfermedad ligada al
cromosoma X y que se manifiesta en todos los hombres que tengan un X
portador de la enfer medad, pero solamente en las mujeres que presenten
los dos X afectados.
Otro ejemplo muy típico es el de la hemofilia o incapacidad para
coagular la sangre. Al igual que en el caso anterior reside en el
cromosoma X y se manifiesta en todos los hombres con dicho cromosoma
afectado, pero en ninguna mujer, ya que si están dañados los dos
cromosomas X, el feto no nace.
Mitosis
La célula madre se divide en dos células hijas, cada una de las cuales
tiene el mismo número de cromosomas que su progenitora. Es el mecanismo
de división que presentan todas las célu las de un organismo, excepto
las implicadas en la reproducción sexual. Se desarrolla en varias fases:
* Profase: empiezan a hacerse visibles los dos filamentos o cromátidas
que forman cada cromosoma, los cuales se van acortando al sufrir un
proceso de espiralización. Van desapareciendo progresivamente el
nucleolo y la membrana nuclear y comienza a formarse el huso acromático,
en el que se insertan los cromosomas por el centrómero. Al final de la
profase todos se encuentran en la placa ecuatorial.
* Metafase: los cromosomas, totalmente espiralizados, se disponen en la
placa ecuatorial formando un círculo.
* Anafase: se separan las cromátidas de cada cromosoma, emigrando cada
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una de ellas a un polo de la célula. Si ésta al principio tenía 2n
cromosomas, ahora tiene 2n cromátidas en cada polo.
* Telofase: reaparece el nucleolo y la membrana celular. Las cromátidas
comienzan a desespiralizarse y la membrana celular va originando un
tabique en la región central, que separa a las dos células hijas.
* Interfase: cada cromátida de las células hijas reproduce la cromátida
que le falta para tener los cromosomas completos.
Meiosis
División de una célula progenitora en cuatro células hijas, de forma que
cada una posee la mitad del número de cromosomas de la madre. Este tipo
de división se da en las células implicadas en la reproducción sexual y
se desarrolla en las siguientes fases:
* Profase I:
Los cromosomas, en principio muy filamentosos y enmarañados, comienzan a
hacerse más nítidos.
Los cromosomas se espiralizan y se aparean los homólogos.
Continúa la espiralización y se aprecian claramente los cromosomas
bivalentes de la célula. En esta fase se producen los sobrecruzamientos
o intercambios de segmentos entre las cromátidas de cada cromosoma.
Las parejas de cromosomas homólogos se empiezan a separar, aunque
todavía quedan unidas por los puntos en que tuvieron lugar los
sobrecruzamientos (quiasmas).
La espiralización de los cromosomas es máxima y los homólogos se separan
tendiendo a situarse a ambos lados de la placa ecuatorial. El nucleolo y
la membrana nuclear desaparecen. El huso está casi formado.
* Metafase I: la disposición de los cromosomas en el huso es similar a
la que tenían en la metafase mitótica.
* Anafase I: emigran n cromosomas a cada polo y no 2n cromátidas como
ocurría en la anafase mitótica. Por supuesto, los homólogos no van
juntos, sino uno a cada extremo.
* Telofase I: los cromosomas se desespiralizan, reaparece el nucleolo y
la membrana nuclear. Como resultado se obtienen dos células hijas con la
mitad del número de cromosomas que la progenitora.
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* Interfase: período de reposo que puede faltar en muchos organismos.
* Profase II: las cromátidas de cada cromosoma divergen formando un
aspa.
* Metafase II: se disponen los n cromosomas en la placa ecuatorial.
* Anafase II: se separan n cromátidas a cada polo.
* Telofase II: cada célula hija ha dado lugar a dos nuevas células con n
cromátidas, que sintetizarán la que les falta para tener el cromosoma
completo.
De esta manera, el resultado final de la meiosis son cuatro células con
la mitad de cromosomas que su progenitora.
Fases del catabolismo y anabolismo
El catabolismo o degradación enzimática de los principales elementos
nutritivos tiene lugar en tres fases consecutivas, al final de las
cuales se libera una gran cantidad de energía que es con servada por la
célula en forma de ATP.
− Fase I:
Las grandes moléculas, es decir, lípidos, polisacáridos y proteínas se
degradan hasta sus primeros constituyentes.
− Fase II:
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Los productos de la fase I se convierten en unas moléculas más
sencillas.
− Fase III: todos los productos formados en la fase anterior se oxidan a
dióxido de carbono y agua.
Por su parte, el anabolismo o sintesis de los componentes celulares
también se desarrolla en tres fases sucesivas, que comienzan con los
productos originados en la fase III del catabolismo.
Metabolismo
Conjunto de reacciones multienzimáticas que tienen como finalidad el
intercambio de materia y energía entre la célula y su entorno. El
proceso general se desarrolla en dos fases: una de anabolismo, en la que
se sintetizan los grandes componentes moleculares de la célula, y otra
de catabolismo, en la que se degradan enzimáticamente las moléculas
nutritivas de la célula o las procedentes del entorno.
Para la realización de todos estos procesos se necesita energía y una
fuente de carbono. Atendiendo a ello los organismos se pueden dividir
en:
* Autótrofos:
La fuente de carbono la constituye el dióxido de carbono.
− Fotosintéticos: el dióxido de carbono es transformado empleando la luz
como única fuente de energía.
− Quimiosintéticos: el dióxido de carbono se transforma a partir de la
energia obtenida en las reacciones de oxidación−reducción.
* Heterótrofos:
La fuente de carbono son moléculas orgánicas complejas.
− Aerobios: la energía para la transformación de los compuestos
orgánicos la obtienen del oxígeno molecular.
− Anaerobios: la energía para la transformación la obtienen de moléculas
distintas al oxígeno molecular.
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