Organización Celular

PROPOSITO
Bienvenido a una emocionante aventura en el mundo de los seres vivos ya
conociste en la asignatura de biología, en donde identificaste al ser vivo en tres
diferentes enfoques: organización, función y evolución, ahora conocerás la
CELULA, y su integración desde diferentes niveles de los cuales encontraras el
celular, bioquímico, fisiológico genético y tecnológico, mismos que son estudiados
en la biología moderna.
Por lo tanto te iras involucrando en un emocionante
aventura celular que te servirá en un futuro para conocer la tecnología aplicada a
los seres vivos desde el punto de vista agrícola pecuario e industrial.
Estamos convencidos del papel que desempeña en nuestras vidas y sabemos que
ustedes llegarán a apreciarla y aprenderán a aplicar muchos de sus fundamentos
de una manera activa, para el manejo de prácticas reales que se desarrollan en tu
entorno, utilizando la biotecnología.
Por tal motivo es importante que los estudiantes logren una formación integral,
que le permitan interpretar el mundo actual y tener una participación incluyente, de
tal forma que sea capaz de enfrentar los problemas y ofrecer alternativas viables
de solución.
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INTRODUCCION
Tienes en tus manos la antología de biología moderna por ello te invitamos a
conocer como la teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de
la biología moderna y establece que:
a. Todos los organismos vivos están formados por una o más células;
b. Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos
liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de
las células;
c. Las células se originan de otras células, y
d. Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los
cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula
hija.
Una de las preguntas fundamentales de la biología moderna es como empezó la
vida. Las evidencias actuales aportan muchas pistas acerca de la aparición de la
vida en la Tierra. La edad de nuestro planeta se estima en 4.600 millones de
años. Como evidencias de vida, se han encontrado microfósiles de células
semejantes a bacterias que tienen 3.500 millones de años de antigüedad y
existen, además, otras evidencias indirectas de vida de hace 3.850 millones de
años.
Se han propuesto diversas hipótesis para explicar cómo podrían haber surgido
compuestos orgánicos en forma espontánea en la Tierra primitiva y estructuras
semejantes a células a partir de esos agregados de moléculas orgánicas.
Las células más tempranas pudieron haber sido heterótrofas o autótrofas. Los
primeros autótrofos pueden haber sido quimio - sintéticos o fotosintéticos. Con la
aparición de la fotosíntesis, la energía que fluía a través de la biosfera adoptó su
forma moderna dominante: la energía radiante del Sol es capturada por autótrofos
fotosintéticos y encauzada por ellos hacia los organismos heterótrofos. Los
heterótrofos modernos incluyen a los hongos y a los animales, al igual que a
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muchos tipos de organismos unicelulares. Los autótrofos modernos incluyen a
otros tipos de organismos unicelulares y, lo más importante, a las plantas verdes.
Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Las células
procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las
organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la
única forma de vida sobre la Tierra durante casi 2.000 millones de años; después,
hace aproximadamente 1.500 millones de años, aparecieron las células
eucarióticas. Se ha postulado la llamada "teoría endosimbiótica" para explicar el
origen de algunas organelas eucarióticas. Los organismos multicelulares,
compuestos de células eucarióticas especializadas para desempeñar funciones
particulares, aparecieron en una época comparativamente reciente, sólo hace
unos 750 millones de años.
Por ser de un tamaño muy pequeño, las células y las estructuras subcelulares
necesitan de microscopios para poder ser observadas por el ojo humano, de
limitado poder de resolución. Los tres tipos principales son el microscopio óptico,
el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido.
Se han desarrollado además otras técnicas microscópicas. Los sistemas ópticos
especiales de contraste de fase, de interferencia diferencial y de campo oscuro
hacen posible estudiar células vivas. Un avance tecnológico importante fue el uso
de computadoras y cámaras de video integradas a los microscopios.
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Te invitamos a conozcas y transites en el mundo celular a través de los
cinco niveles principales que son: el celular, el bioquímico, fisiológico,
genético y tecnológico. Estamos iniciando esta asignatura biología moderna
y el nivel celular será tu primer tema verás cuan interesante es y
empezaremos por realizar lo siguiente:
Localiza las palabras que te sean conocidas en la siguiente sopa de letras:

Mitocondrias

Núcleo

Célula

Procariontes

Organismo

Eucariontes
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Una vez localizadas las palabras investiga más sobre el contenido de estas
y compara el material investigado con el contenido que vas a leer.
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Para adentrarnos en el estudio de la célula
es imprescindible que empecemos por conocer el:
NIVEL CELULAR
Célula, es la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera
autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general
se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una
célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son
células únicas, mientras que los animales y plantas son organismos pluricelulares
que están formados por muchos millones de células, organizadas en tejidos y
órganos.
Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones
propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento
y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos.
La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma
en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser
humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se
desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible
conocer las células que lo constituyen. Microsoft ® Encarta ® 2006.
Las células se clasifican por sus unidades fundamentales de estructura y por la
forma en que obtienen energía. Las células se clasifican como procariontes o
eucariontes.
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en
cuanto a tamaño y organización interna.
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Las células procarióticas: Comprenden bacterias y cianobacterias (bacterias
fotosintéticas), son células pequeñas, de entre 1 y 10 µm de diámetro, y de
estructura sencilla; carecen de citoesqueleto, retículo endoplasmático, cloroplastos
y mitocondrias. El material genético (ADN) está concentrado en una región, pero
no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula.
Las cosas vivientes se clasifican en 5 reinos basados en su estructura (monera,
protista, fungí, vegetal y animal). Dentro de los procariontes, los cuales
aparecieron hace 3.500 millones de años, están el reino:

Monera (Eubacteria) y Arcaea).
Las células eucarióticas: Todos los demás organismos vivos, incluidos
protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 100 µm de
longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un
órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva
del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
Dentro de los eucariontes, los cuales evolucionaron hace 1.500 millones, están los
reinos Protista, Plantae, Fungí, Animalia.
Las células también se definen de acuerdo a su necesidad de energía. Los
autótrofos se alimentan por ellos mismos y usan luz o energía química para
fabricar comida. Las plantas son un ejemplo de autótrofos. En contraste, los
heterótrofos (los que se alimentan de otros) obtienen energía de otros autótrofos o
heterótrofos. Muchas bacterias y animales son heterótrofos.
Organismos Multicelulares: Están creados por una compleja organización de
células que cooperan. Debe haber nuevos mecanismos para la comunicación
entre células y la regulación. También debe haber mecanismos únicos para que
un simple huevo fertilizado desarrolle todas las diferentes clases de tejidos del
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cuerpo. En los humanos hay 1014 células comprendidas en 200 clases de tejidos.
Bacterias y antibióticos La pared celular es el blanco para los antibióticos, y
también los carbohidratos que nuestro sistema inmune usa para detectar la
infección. Una gran amenaza para la humanidad son las cepas de bacterias
resistentes a los antibióticos que se han seleccionado por el mal uso de los
antibióticos.
Simpatía por la vida de las bacterias.
Si usted fuera una bacteria:

Usted tendría 0.001 veces tanto ADN como una célula eucariótica. Usted viviría
en un medio con una viscosidad igual que el asfalto.

Usted tendría un maravilloso “motor” para nadar. Desgraciadamente su motor
solamente puede andar en dos direcciones y a una velocidad. Hacia adelante
usted avanza a 50 kph. Hacia atrás su motor lo hace dar vueltas o tumbos.
Usted puede hacer uno o lo otro.

Usted no puede parar.

Aunque usted puede “aprender”, usted se divide cada veinte minutos y tiene
que recomenzar su educación.

Usted puede hacer el amor, con machos que poseen un aparato sexual para
transferir información genética a hembras receptivas. Sin embargo es difícil
encontrarse cuando ambos están desplazándose a 50 kph. Además si usted es
macho la naturaleza le dio a usted un grave problema. Cada vez que usted se
aparea con una hembra, esta se vuelve un macho. En las bacterias la virilidad
es una enfermedad venérea contagiosa. También, con alta frecuencia,
mutaciones espontáneas causan que usted se transforme en una hembra.

Los eucariontes han esclavizado algunos de sus hermanos para usarlos como
mitocondrias generadoras de energía y cloroplastos. Estos también lo están
usando a usted como una herramienta en su esfuerzo para entender la
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genética. El método de recombinación del ADN esta diseñado para explotarlo a
usted en beneficio de ellos. No hay SPCA (sociedad para la prevención de la
crueldad con los animales) que lo proteja.

Usted puede ser el que ríe al último.

Usted ha pasado 3.500 millones de años practicando la guerra química. Los
humanos tenían los antibióticos que terminaban con las enfermedades
infecciosas, pero el mal uso de las drogas ha resultado en la selección de
bacterias resistentes a las drogas. Ellos no se dan cuenta que esta solo fue la
primera batalla, y ahora la guerra esta lista para comenzar. Los humanos
piensan que esta es su era. Una afirmación más acertada sería que todos
vivimos en la era de las bacterias.
Estructura y función
La célula eucariótica tipo contiene lo siguiente: Pared Celular, Membrana
plasmática, Glycocalyx (componentes externos a la membrana plasmática)
Citoplasma (semilíquido), Citoesqueleto — microfilamentos y microtubulos que
sostienen organelas, dan forma, y permiten el movimiento), Complejos
membranosos y presencia de las características organelas subcelulares envueltas
en membrana
Biomembranas y organelas características:
1) Pared celular: Los vegetales tienen una pared celular rígida además de sus
membranas celulares.
2) Membrana plasmática: Un complejo lípido / proteína / carbohidrato, provee
una barrera y contiene sistemas de señales y Transporte.
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3) Citoplasma: Contenido celular que se encuentra por fuera del núcleo. Es un
gel que representa el 55% del volumen celular, donde se hallan inmersos el
citóesqueleto y las organelas de la célula.
4) Núcleo: Una doble membrana rodeando los cromosomas y el nucleolo.
Unos poros permiten una comunicación específica con el citoplasma. El
nucleolo es un sitio de síntesis de ARN, formando el ribosoma.
5) Mitocondria: Esta rodeada por una doble membrana con una serie de
dobleces llamados crestas. Sus funciones son producir energía a través del
metabolismo. Contiene su propio ADN, y se cree que se originó de una
bacteria capturada.
6) Cloroplastos: Están rodeados por una doble membrana, contienen
membranas tilacoides apiladas. Son responsables por la fotosíntesis,
atrapan la energía de la luz para la síntesis de los azucares. Contienen
ADN, y al igual que las mitocondrias se cree que se originaron de una
bacteria capturada.
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7) Ribosomas: Complejos de proteínas y ARN responsable por la síntesis de
proteínas.
8) Retículo
endoplasmatico
rugoso
(RER):
Una
red
de
membranas
interconectadas que forman canales dentro de la célula. Esta cubierto con
ribosomas (lo que causa la apariencia irregular) los cuales están en el
proceso de sintetizar proteínas para secreción o para su localización en las
membranas.
9) Retículo
endoplasmatico
liso
(REL):
Una
red
de
membranas
interconectadas, formando canales dentro de la célula. Es un sitio para la
síntesis y metabolismo de lípidos. También contiene enzimas para
detoxificar químicos, incluyendo drogas y pesticidas.
10) Aparato de Golgi: Es una serie de membranas apiladas. Unas vesículas
(pequeñas bolsas rodeadas de membrana) llevan materiales desde el RER
hasta el aparato de Golgi. Las vesículas se mueven entre las pilas de
membranas mientras las proteínas son procesadas a una forma madura.
Las vesículas luego llevan las recién formadas membranas y proteínas
secretadas a su destino final, incluyendo la secesión o la localización en las
membranas.
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11) Lisosomas: Una organela ligada a la membrana que es responsable por la
degradación de las proteínas y membranas en la célula. También ayuda a
degradar materiales ingeridos por la célula.
12) Vacuolas: Bolsas rodeadas de membrana que contienen agua y son
deposito de materiales en los vegetales.
13) Peroxisomas o Microcuerpos: Producen y degradan peróxido de hidrogeno,
un compuesto tóxico que puede ser producido durante el metabolismo.
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Para confirmar lo aprendido realiza las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1. Usando tu creatividad y en equipo elaboren un prototipo de la estructura de
una célula con material plastilina, unicel, gelatina, etc. E identifica cada una
de sus partes.
2. Realiza una visita a la videoteca de tu localidad y ve la película estructura
celular anota en tu cuaderno lo que llame tu atención que no se haya
mencionado en el contenido temático que acabas de leer y socialízalo con
tus compañeros de equipo.
3. Elabora un slogan de la célula sin olvidar que así iniciaste tu origen.
4. Realiza un acróstico de la palabra célula
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5. La vida se inicia a partir de una célula describe que pasa con ellas cuando
mueres.
“No retrocedas es solo el principio de algo fascinante”
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La organización es una palabra clave para el logro de cualquier objetivo, la
célula no es la excepción por lo tanto no pierdas detalle el tema que estas a
punto de iniciar, te permitirá conocer el segundo nivel de organización de la
célula. Comencemos entonces por resolver lo siguiente:
1. En la siguiente sopa de letras encuentra las palabras que se te presentan a
continuación.
PROTEINA
ACIDO GRASO
DIÁLISIS
OSMOSIS
AGUA
CERAS
OLIGOELEMENTO
GLUCOLIPIDOS
BIOELEMENTOS
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B
Z
2. Analiza la siguiente lista que se presenta a continuación. Todos ellos se
relacionan con las palabras que encontraste en la sopa de letras.
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Fósforo
Potasio
Hierro
Oxigeno
Hidrogeno
Calcio
Magnesio
Sodio
Nitrógeno
Azufre
Cloro
Azufre
Cobalto
Silicio
Litio
3. Describe la relación que guardan los dos cuadros.
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4. INVESTIGA: Cada una de las palabras que encontraste y la relación que
guardan y procede a leer el contenido de tu antología.
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¡Listo para continuar con el siguiente nivel!
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En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química
y la física, y empezaremos a estudiar el:
NIVEL BIOQUIMICO
En este nivel estudiaras los elementos que actúan directamente con la célula para
lograr su desarrollo conoce algunos de los:
Bioelementos
Los elementos de la vida Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y
cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos
que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres
vivos.
Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos
elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas
acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos.
Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos
químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no
importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
1. Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N.
Son los elementos
mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:

Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones.

El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de
electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una
gran versatilidad para el enlace químico.

Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace
covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
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
A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los
diferentes
tipos
de
moléculas
orgánicas
tienen
estructuras
tridimensionales diferentes.
2.
Bioelementos
secundarios
S,
P,
Mg,
Ca,
Na,
K,
Cl.
Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una
proporción del 4.5%.
Azufre. Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en
todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A.
Fósforo. Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos
nucleicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos,
sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de
los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Magnesio. Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como
catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo.
Calcio. Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En
forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y
transmisión del impulso nervioso.
Sodio. Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción
nerviosa y la contracción muscular.
Potasio. Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la
conducción nerviosa y la contracción muscular.
Cloro. Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la
sangre y fluido intersticial.
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Oligoelementos
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los
organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo
armónico del organismo.
Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de
ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro,
manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio,
molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el
siguiente texto:
Hierro. Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones
químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular,
y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso. Interviene en la fotolisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis
en las plantas.
Iodo. Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el
metabolismo.
Flúor. Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.
Cobalto.
Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de
hemoglobina.
Silicio. Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales
como en las gramíneas.
Cromo. Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
Zinc. Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
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Litio. Actúa sobre neurotransmisor y la permeabilidad celular. En dosis adecuada
puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno. Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de
los nitratos por parte de las plantas.
El agua es otro elemento importante en la composición de la célula ocupando
aproximadamente el 65 al 96% de su peso. Las propiedades del agua son:
solvente universal, alta fuerza de cohesión, elevada fuerza de adhesión, gran calor
específico, elevado calor de vaporización.
Biomoléculas
Glúcidos: Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C),
hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los átomos de carbono están unidos a grupos
alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (H).
Monosacáridos: Los monosacáridos son glúcidos sencillos, constituidos sólo
por una cadena. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de
carbonos.
Por ejemplo, en el dibujo están representados una triosa, una tetrosa, una pentosa
y una hexosa.
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1. Las triosas, son abundantes en el interior de la célula, ya que son
metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa.
2. Las pentosas, son glúcidos de 5 carbonos y entre ellos se encuentran:
Ribosa y Desoxirribosa , que forman parte de los ácidos nucleicos y la
ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a
que a ella se fija el CO2 atmosférico y de esta manera se incorpora el
carbono al ciclo de la materia viva.
Disacáridos: Están formados por la unión de dos monosacáridos, que se
realiza de dos formas: ejemplo. La lactosa y maltosa.
Polisacáridos: Están formados por la unión de muchos monosacáridos
(puede variar entre 11 y varios miles), mediante enlace O-glucosídico,
similar al visto en disacáridos, con pérdida de una molécula de agua por
cada enlace. Tienen pesos moleculares muy elevados, no poseen poder
reductor y pueden desempeñar funciones de reserva energética o función
estructural.
Los polisacáridos que tienen función de reserva energética algunos ejemplos son
el Almidón, que es el polisacárido de reserva propio de los vegetales, otro ejemplo
es el
glucógeno es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra
abundantemente en el hígado y en los músculos.
Entre los polisacáridos estructurales, destaca la celulosa, que forma la pared
celular de la célula vegetal. Esta pared constituye un estuche en el que queda
encerrada la célula, que persiste tras la muerte de ésta (Vergara, 2002).
Lípido: Son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono
e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes
mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y
azufre.
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Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común estas dos
características:
1. Son insolubles en agua
2. Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo,
benceno, etc.
Ácidos grasos. Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena
hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono.
Lípidos simples. Son lípidos saponificables en cuya composición química sólo
intervienen carbono, hidrógeno y oxígeno.
Acilglicéridos. Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o
tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina.
Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de estos lípidos:
o
Los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso
o
Los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos
o
Los triglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos
Los acilglicéridos frente a bases dan lugar a reacciones de saponificación en la
que se producen moléculas de jabón.
Ceras. Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes
también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua.
Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al
agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos,
están cubiertas de una capa cérea protectora.
Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar
su panal.
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Lípidos complejos. Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular
además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo,
azufre o un glúcido.
Son las principales moléculas constitutivas de la doble capa lipídica de la
membrana, por lo que también se llaman lípidos de membrana.
Fosfolípidos. Se caracterizan por presentar un ácido ortofosfórico en su
zona polar. Son las moléculas más abundantes de la membrana
citoplasmática.
Glucolípidos. Son lípidos complejos que se caracterizan por poseer un glúcido.
Se encuentran formando parte de las bicapas lipídicas de las membranas de todas
las células, especialmente de las neuronas. Se sitúan en la cara externa de la
membrana celular, en donde realizan una función de relación celular, siendo
receptores de moléculas externas que darán lugar a respuestas celulares
Terpenos. Son moléculas lineales o cíclicas que cumplen funciones muy variadas,
entre los que se pueden citar:

Esencias vegetales como el mentol, el geraniol, limoneno, alcanfor,
eucaliptol, vainillina

Vitaminas, como la A, E, K

Pigmentos vegetales, como la carotina y la xantofila
Esteroides.
Los esteroides son lípidos que derivan del esterano.
Comprenden dos grandes grupos de sustancias:
1. Esteroles: Como el colesterol y las vitaminas D
2. Hormonas esteroideas: Como las hormonas suprarrenales y las hormonas
sexuales
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Colesterol. El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que
confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos
los esteroides
Hormonas sexuales. Entre las hormonas sexuales se encuentran la progesterona
que prepara los órganos sexuales femeninos para la gestación y la testosterona
responsable de los caracteres sexuales masculinos.
Hormonas suprarrenales. Entre las hormonas suprarrenales se encuentra la
cortisona, que actúa en el metabolismo de los glúcidos, regulando la síntesis de
glucógeno.
Prostaglandinas. Las prostaglandinas son lípidos cuya molécula básica está
constituida por 20 átomos de carbono. Las funciones son diversas. Entre
ellas destaca la producción de sustancias que regulan la coagulación de la
sangre y cierre de las heridas; la aparición de la fiebre como defensa de las
infecciones; la reducción de la secreción de jugos gástricos. Funcionan
como hormonas locales.
Funciones de los lípidos. Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:

Función de reserva. Son la principal reserva energética del organismo. Un
gramo de grasa produce 9'4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de
oxidación,
mientras
que
proteínas
y
glúcidos
sólo
producen
4'1
kilocaloría/gr.

Función estructural. Forman las bicapas lipídicas de las membranas.
Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como
el tejido adiposo de pies y manos.

Función biocatalizadora. En este papel los lípidos favorecen o facilitan las
reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta
función
las
vitaminas
lipídicas,
las
hormonas
esteroideas
y
las
prostaglandinas.
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
Función transportadora. El trasporte de lípidos desde el intestino hasta su
lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos
biliares y a los proteolípidos.
Reacción de saponificación
Saponificación. Es una reacción típica de los ácidos grasos, en la cual
reaccionan con álcalis y dan lugar a una sal de ácido graso, que se denomina
jabón. Las moléculas de jabón presentan simultáneamente una zona lipófila o
hifrófoba, que rehuye el contacto con el agua, y una zona hidrófila o polar, que se
orienta hacia ella, lo que se denomina comportamiento anfipático.
Reacción de esterificación

Esterificación. Un ácido graso se une a un alcohol mediante un enlace
covalente, formando un éster y liberándose una molécula de agua.
Proteína. Son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno,
oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de
proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos.
Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculas que reciben el
nombre de aminoácidos y serían por tanto las monómeras unidades. Los
aminoácidos están unidos mediante enlaces peptídicos.
Aminoácidos. Se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un
grupo amino (-NH2). Las otras dos valencias del carbono se saturan con un
átomo de H y con un grupo variable denominado radical R. 20 tipos de
aminoácidos.
Los 20 Aminoácidos. Todos ellos tienen una parte común en su molécula que
consisten en un grupo amino (NH3) y un grupo ácido, (COOH)
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Enzima. Son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son
proteínas Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y
se recuperan indefinidamente. No llevan a cabo reacciones que sean
energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios
químicos, sino que aceleran su consecución.
Principio de enzimas:
Catalizador. Es una sustancia que acelera una reacción química, hasta hacerla
instantánea o casi instantánea. Un catalizador acelera la reacción al disminuir la
energía de activación.
En una transformación dada de "A" a "P”, "A" representa las moléculas reaccionantes, que constituyen el estado
inicial. "P" representa los productos o estado final. La reacción química de A a P es un proceso posible si la
energía de P es menor que la de A. Pero hay una barrera de energía que los separa; si no es por ella, A no
existiría, puesto que no sería estable y se habría transformado en P. Este escollo es una barrera energética, la
energía de activación (Ea), que corresponde al estado de transición.
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
Vitaminas. Son necesarias para la actuación de determinados enzimas, ya
que funcionan como coenzimas que intervienen en distintas rutas
metabólicas y, por ello, una deficiencia en una vitamina puede originar
importantes defectos metabólicos, como puede verse en la tabla adjunta:
ENFERMEDADES
VITAMINAS
C (acido ascórbico)
B1 (tiamina)
B2 (riboflavina)
FUNCIONES
Coenzima de algunas peptidasas.
Interviene en la síntesis de colágeno
Coenzima de las descarboxilasas y de
las enzima que transfieren grupos
aldehídos
Constituyente de los coenzimas FAD y
CARENCIALES
Escorbuto
FMN
lesiones en las
Beriberi
Dermatitis y
B5 (niacina)
Constituyente de las coenzimas NAD y
mucosas
Fatiga
trastornos
sueño
Pelagra
B6 ( piridoxina)
NADP
Interviene en las reacciones de
Depresión
B3 (acido
pantotenico)
B12 (cobalamina)
Biotina
Constituyente de la CoA
Transferencia de grupos aminos.
Coenzima en la transferencia de grupos
metilo.
Coenzima de las enzimas que transfieren
grupos carboxilo, en metabolismo de
aminoácidos
anemia
Anemia
perniciosa
Fatiga,
dermatitis.
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y
del
SAETA
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Después de haber leído y analizado la lectura anterior realiza las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
1. Observa detenidamente las siguientes figuras e identifica en donde localizas los
siguientes elementos:
Azufre, fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio, cloro, hierro, magnesio, iodo,
cobalto, silicio, cromo, zinc, litio y molibdeno.
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2. De los elementos que encontraste realiza una lista los que pertenecen a los
bioelementos y /o a los oligoelementos y menciona cual es la característica de
cada uno de ellos: ________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
3. A continuación se te presentan algunas situaciones describe los compuestos
que intervienen en cada una y ¿como?
1.- Hibernación de un oso
2.- Menopausia en la mujer.
3. La enfermedad Diabetes.
4. La desnutrición
5.- Elaboración de vinos
6. Stres y depresión
7. Osteoporosis
4. Analiza por equipo los pros y los Contras de que pasaría, si algunos de las
biomoléculas se descompensaran de sus niveles normales:
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__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
5. Supongamos que te han asignado por parte del ISSSTE la elaboración de un
cartel para recalcar la importancia que tienen estos elementos en la preservación
de la salud. Elabóralo y preséntalo al grupo:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________
6. Formas parte de un grupo ecológico y debes elaborar un plan emergente para
el cuidado de la Flora, utiliza los conocimientos aprendidos realízalo enfatizando
el uso de los bioelementos:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
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Todos los seres humanos para sobrevivir llevan a cabo una serie de
funciones. Por lo tanto, no pierdas detalle del tema que estas punto empezar,
no dudes en plasmar y expresar tu opinión, y/o puntos de vista.
1. Resuelve. El siguiente crucigrama
1
2
1
3
5
2
4
3
5
4
Verticales
1.- Intercambio entre el Oxigeno y Bióxido de carbono
2. Es el proceso a través del cual se perpetúa la especie
3. Es la respiración que no requiere la presencia de oxigeno
4. Es la parte fundamental de todos los seres vivos
5. Proceso a través del cual elaboran su alimento las células
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Horizontales
1.- Es el movimiento de material a través de la membrana
2. Proceso por el que se alimentan las plantas
3. Es la respiración que requiere la presencia de oxigeno
4. Degradación de las sustancias dentro de los organismos
5. primera etapa de la fotosíntesis por la absorción de luz
2. Describe la relación que creas tiene las palabras que encontraste al resolver el
crucigrama en los procesos celulares:
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
¡Sigue adelante no desistas descubrirás cuan importante es el
funcionamiento de tus células!
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Para penetrar en el conocimiento del funcionamiento de las células, hay que
comenzar por saber, que tipos de metabolismo se lleva cabo en cada uno de
los organelos, que permitirán el crecimiento y desarrollo de cada ser vivo, y
para entenderlo conocerás el siguiente:
NIVEL FISIOLOGICO
Las células, para su desarrollo requieren de procesos metabólicos (anabólicos y
catabólicos) los cuales serán analizados en este nivel, no dudes en consultar las
diferentes
fuentes
de
información
comenzaremos por conocer
para
enriquecer
tus
conocimientos
el nivel de funcionamiento de cada una de las
células.
La célula es la unidad estructural, fisiológica, de reproducción y evolución de todo
ser vivo. También se
considera como la mínima expresión viva, molecular
autorregulable y autónoma.
• Una célula está organizada por moléculas en diferentes niveles de organización.
• Unidades monómeros, hasta polímeros conocidos como macromoléculas y
sistemas supramacromoleculares.
• Vías metabólicas que llevan a cabo funciones de síntesis (anabolismo) y
degradación (catabolismo)
• El metabolismo que se manifiesta como procesos de respiración, transporte,
reproducción, y distingue a la propiedad de autorregulación, que es la
característica fundamental de un sistema vivo, de una célula, de un ser vivo.
Una de las funciones que realiza la célula y específicamente la
membrana plasmática es el trasporte
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Transporte de materiales a través de las membranas plasmáticas
Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas
son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula
dispone de dos procesos:
1. Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia
cruce la membrana plasmática:
2. Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía
pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular
Transporte pasivo:
Los mecanismos de transporte pasivo son: Difusión simple, osmosis, ultrafiltración
y difusión facilitada
Difusión Simple
Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen
movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas
moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de
concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las
moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se
iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía
cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto
menor sea el tamaño de las moléculas.
Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides,
vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular
atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de
fosfolípidos.
Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por
difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas
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de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al
pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta
que a través de la bicapa fosfolipídica
Osmosis

Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el
agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través
de una membrana semi-permeable. La membrana de las células es una
membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión
pero no la de iones y otros materiales. Si la concentración de agua es
mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos menor) de un lado
de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que
el agua pase al lado donde su concentración es menor.

El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera
un presión hidrostática llamada presión osmótica (*). La presión osmótica
es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través
de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes
concentraciones

La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las
diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para
mantener la forma de una célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar
rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración
de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. En
condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico
para los eritrocitos.

Si los eritrocitos son llevados a una solución que contenga menos sales (se
dice que la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semipermeable, sólo el agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua
mayor en la solución hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este
se hincha, pudiendo eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con
el nombre de hemólisis.
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
Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con
una concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de
este pasará a la solución produciéndose el fenómeno de crenación y
quedando los hematíes como "arrugados".
Ultrafiltración
En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de
una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre
desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar
en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por
el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la
urea, la creatinina, sales, etc.) pasen a través de las membranas de los capilares
microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y
grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las
membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.
Difusión facilitada
Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los
canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder
difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos
otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana
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plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una
proteína transportadora (*). En el primer paso, la glucosa se une a la proteína
transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan
pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un
grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta
forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy
bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la
glucosa.
La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:

Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la
membrana

Del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana

De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo
La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la
glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la
sangre. Esto explica el porque la ausencia o disminución de la insulina en la
diabetes mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que
obliga a las células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido
Transporte activo y otros procesos activos
Algunas sustancias que son necesarias en el interior de la célula o que deben ser
eliminadas de la misma no pueden atravesar la membrana celular por ser muy
grandes, llevar una carga eléctrica o porque deben vencer un gradiente de
concentración. Para estos casos, la naturaleza ha desarrollado el transporte
activo, un proceso que consume energía y que requiere del concurso de proteínas
integrales que actúan como "bombas" alimentadas por ATP, para el caso de
moléculas pequeñas o iones y el transporte grueso específico para moléculas de
gran tamaño como proteínas y polisacáridos e incluso células enteras como
bacterias y hematíes
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Transporte activo
Por este mecanismo pueden ser transportados hacia el interior o exterior de la
célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y K+ (bomba de sodio-potasio),
Ca++, Cl.-, I, aminoácidos y monosacáridos. Hay dos tipos de transporte activo:
Transporte activo primario: en este caso, la energía derivada del ATP
directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la
forma de las proteínas de transporte (bomba) de la membrana plasmática. El
ejemplo más característico es la bomba de Na+/K+, que mantiene una baja
concentración de Na+ en el citosol extrayéndolo de la célula en contra de un
gradiente de concentración. También mueve los iones K+ desde el exterior hasta
el interior de la célula pese a que la concentración intracelular de potasio es
superior a la extracelular. Esta bomba debe funcionar constantemente ya que hay
pérdidas de K+ y entradas de Na+ por los poros acuosos de la membrana.
Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se
llama bomba Na+/K+-ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas
por
cada
um2
de
membrana.
Su
mecanismo
de
acción
se
muestra
esquemáticamente en la figura
Transporte activo secundario: La bomba de sodio/potasio mantiene una
importante diferencia de concentración de Na+ a través de la membrana. Por
consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar de la célula a través de los
poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras moléculas, como la
glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de un gradiente
de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido que
el Na+, el proceso se llama Symporte o cotransporte; cuando los hacen en sentido
contrario, el proceso se llama Antiporte o contra transporte.
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Tipos de transporte de moléculas
Modificado de: University of Arizona's Bio.
Transporte Grueso: Algunas sustancias más grandes como polisacáridos,
proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante
varios tipos de transporte grueso:
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al
interior de la célula a través de la membrana (*). Se conocen tres tipos de
endocitosis:
Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la membrana y
el citosol llamadas pseudópodos que rodean la partícula sólida (*). Una vez
rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la
partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la
vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los
glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan
bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa
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Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vesícula
de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la
membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido
de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la
superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la
célula y su interior.
Endocitosis mediante un receptor: este es un proceso similar a la pinocitosis,
con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una
determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la
membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas
para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se
produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y
devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un liposoma
siendo digerido por las enzimas de este último. Aunque este mecanismo es muy
específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el
interior de la célula. Así, el HIV (virus de la inmunodeficiencia adquirida), entra en
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las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que
están presentes en la membrana de los mismos
Las vesículas endocíticas se originan en dos áreas específicas de la membrana:
1. Los "hoyos recubiertos" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana
donde se encuentran los receptores
2. Los cavéolos invaginaciones tapizadas por una proteína especializada llamada
caveolina, y parece que juegan diversos papeles:
La superficie de los cavéolos dispone de receptores que pueden concentrar
sustancias del medio extracelular.
Se utilizan para transportar material desde el exterior de la célula hasta el interior
mediante un proceso llamado transcitosis. Esto ocurre, por ejemplo, en las células
planas endoteliales que tapizan los capilares sanguíneos.
Están implicados en el proceso de envío de señales intracelulares: la unión de un
ligando a los receptores de los cavéolos pone en marcha un mecanismo
intracelular de envío de señales.
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
Exocitosis: Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula secretora se
fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por
este mecanismo las células liberan hormonas (por ejemplo, la insulina),
enzimas (por ejemplo, las enzimas digestivas) o neurotransmisores
imprescindibles para la transmisión nerviosa.
Otra de las funciones indispensables para las células
de tu organismo es la respiración
Respiración anaerobia y aerobia
La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la
mayoría de las células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se
desdobla a anhídrido carbónico (CO2) y agua (H2O) y se producen 36 moléculas
de ATP. En las células eucariotas a respiración se realiza en las mitocondrias y
ocurre en tres etapas que son:

Oxidación del piruvato.

Ciclo de los ácidos tricarboxilicos.

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP.
La respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del
catabolismo, en la cual energía contenida en distintas biomoléculas, como los
glúcidos, es liberada de manera controlada. Durante la respiración una parte de la
energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la
molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos
endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo.
La respiración celular podría dividirse en dos tipos, según el papel atribuido al
oxígeno:
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
Respiración aerobia: Hace uso del O2 como aceptor último de los
electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más
extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos
eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de ellas. Se llama aerobios a los
organismos que, por este motivo, requieren O2.

Respiración anaerobia: No interviene el oxígeno, sino que se emplean
otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente
minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros
organismos. Un ejemplo de aceptor es el SO42- (anión sulfato), que en el
proceso queda reducido a SH2:

La respiración anaerobia es propia de procariontes diversos, habitantes
sobre todo de suelos y sedimentos, y algunos de estos procesos son
importantes en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. No debe
confundirse la respiración anaerobia con la fermentación, que es una
oxidación – reducción interna a la molécula procesada, en la que no se
requiere ni O2 ni ningún otro aceptor de electrones.
La fotosíntesis que se da en las plantas verdes
Proporciona oxigeno útil para tu sobrevivencia
Fotosíntesis
Fotosíntesis, 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.
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Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luz
sería:
CO2
+
2H2A
→
(CH2)
+
H2O
+
H2A
El elemento H2A de la fórmula representa un compuesto oxidable, es decir, un
compuesto del cual se pueden extraer electrones; CO 2 es el dióxido de carbono;
CH2 una generalización de los hidratos de carbono que incorpora el organismo
vivo. En la gran mayoría de los organismos fotosintéticos, es decir, en las algas y
las plantas verdes, H2A es agua (H2O); pero en algunas bacterias fotosintéticas,
H2A es anhídrido sulfúrico (H2S). La fotosíntesis con agua es la más importante y
conocida y, por tanto, será la que tratemos con detalle.
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.
Fase luminosa
La primera etapa de la fotosíntesis es la absorción de luz por los pigmentos. La
clorofila es el más importante de éstos, y es esencial para el proceso. Captura la
luz de las regiones violeta y roja del espectro y la transforma en energía química
mediante una serie de reacciones. Los distintos tipos de clorofila y otros
pigmentos, llamados carotenoides y ficobilinas, absorben longitudes de onda
luminosas algo distinto y transfieren la energía a la clorofila A, que termina el
proceso de transformación. Estos pigmentos accesorios amplían el espectro de
energía luminosa que aprovecha la fotosíntesis.
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La fotosíntesis tiene lugar dentro de las células, en orgánelos llamados
cloroplastos que contienen las clorofilas y otros compuestos, en especial enzimas,
necesarios para realizar las distintas reacciones. Estos compuestos están
organizados en unidades de cloroplastos llamadas tilacoides; en el interior de
éstos, los pigmentos se disponen en subunidades llamadas fotosistemas. Cuando
los pigmentos absorben luz, sus electrones ocupan niveles energéticos más altos,
y transfieren la energía a un tipo especial de clorofila llamado centro de reacción.
En la actualidad se conocen dos fotosistemas, llamados I y II. La energía luminosa
es atrapada primero en el fotosistema II, y los electrones cargados de energía
saltan a un receptor de electrones; el hueco que dejan es reemplazado en el
fotosistema II por electrones procedentes de moléculas de agua, reacción que va
acompañada de liberación de oxígeno. Los electrones energéticos recorren una
cadena de transporte de electrones que los conduce al fotosistema I, y en el curso
de este fenómeno se genera un (trifosfato de adenosina) o ATP, rico en energía.
La luz absorbida por el fotosistema I pasa a continuación a su centro de reacción,
y los electrones energéticos saltan a su aceptor de electrones. Otra cadena de
transporte los conduce para que transfieran la energía a la coenzima (dinucleotido
fosfato de nicotinamida y adenina) o NADP que, como consecuencia, se reduce a
NADPH2. Los electrones perdidos por el fotosistema I son sustituidos por los
enviados por la cadena de transporte de electrones del fotosistema II. La reacción
en presencia de luz termina con el almacenamiento de la energía producida en
forma de ATP y NADPH2.
Fase obscura
La reacción en la oscuridad tiene lugar en el estroma o matriz de los cloroplastos,
donde la energía almacenada en forma de ATP y NADPH 2 se usa para reducir el
dióxido de carbono a carbono orgánico. Esta función se lleva a cabo mediante una
serie de reacciones llamada ciclo de Calvin, activadas por la energía de ATP y
NADPH2. Cada vez que se recorre el ciclo entra una molécula de dióxido de
carbono, que inicialmente se combina con un azúcar de cinco carbonos llamado
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ribulosa 1,5-difosfato para formar dos moléculas de un compuesto de tres
carbonos llamado 3-fosfoglicerato. Tres recorridos del ciclo, en cada uno de los
cuales se consume una molécula de dióxido de carbono, dos de NADPH2 y tres
de ATP, rinden una molécula con tres carbonos llamada gliceraldehído 3-fosfato;
dos de estas moléculas se combinan para formar el azúcar de seis carbonos
glucosa. En cada recorrido del ciclo, se regenera la ribulosa 1,5-difosfato.
Por tanto, el efecto neto de la fotosíntesis es la captura temporal de energía
luminosa en los enlaces químicos de ATP y NADPH2 por medio de la reacción en
presencia de luz, y la captura permanente de esa energía en forma de glucosa
mediante la reacción en la oscuridad. En el curso de la reacción en presencia de
luz se escinde la molécula de agua para obtener los electrones que transfieren la
energía luminosa con la que se forman ATP y NADPH2. El dióxido de carbono se
reduce en el curso de la reacción en la oscuridad para convertirse en base de la
molécula de azúcar. La ecuación completa y equilibrada de la fotosíntesis en la
que el agua actúa como donante de electrones y en presencia de luz es:
6 CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Fotosíntesis artificial
Si los químicos lograran reproducir la fotosíntesis por medios artificiales, se abriría
la posibilidad de capturar energía solar a gran escala. En la actualidad se trabaja
mucho en este tipo de investigación. Todavía no se ha logrado sintetizar una
molécula artificial que se mantenga polarizada durante un tiempo suficiente para
reaccionar de forma útil con otras moléculas, pero las perspectivas son
prometedoras.
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Gracias a este proceso tú puedes regenerar tus heridas
cuando sufres algún accidente y así mismo puedes
lograr la reproducción de óvulos y espermatozoides
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Reproducción
Mitosis
Las células se reproducen duplicando su contenido y luego dividiéndose en dos. El
ciclo de división es el medio fundamental a través del cual todos los seres vivos se
propagan. En especies unicelulares como las bacterias y las levaduras, cada
división de la célula produce un nuevo organismo. Es especies pluricelulares se
requieren muchas secuencias de divisiones celulares para crear un nuevo
individuo; la división celular también es necesaria en el cuerpo adulto para
reemplazar las células perdidas por desgaste, deterioro o por muerte celular
programada. Así, un humano adulto debe producir muchos millones de nuevas
células cada segundo simplemente para mantener el estado de equilibrio y, si la
división celular se detiene el individuo moriría en pocos días.
El ciclo celular comprende el conjunto de procesos que una célula debe de llevar a
cabo para cumplir la replicación exacta del DNA y la segregación de los
cromosomas replicados en dos células distintas. La gran mayoría de las células
también doblan su masa y duplican todos sus orgánulos citoplasmáticos en cada
ciclo celular: De este modo durante el ciclo celular un conjunto complejo de
procesos citoplasmáticos y nucleares tienen que coordinarse unos con otros
Profase: El comienzo de la mitosis se reconoce por la aparición de cromosomas
como formas distinguibles, conforme se hacen visibles los cromosomas adoptan
una apariencia de doble filamento denominada cromátidas, estas se mantienen
juntas en una región llamada centrómero, y es en este momento cuando
desaparecen los nucleolos. La membrana nuclear empieza a fragmentarse y el
núcleoplasma y el citoplasma se hacen uno solo. En esta fase puede aparecer el
huso cromático y tomar los cromosomas.
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Metafase: En esta fase los cromosomas se desplazan al plano ecuatorial de la
célula, y cada uno de ellos se fija por el centrómero a las fibras del huso nuclear.
Anafase: Esta fase comienza con la separación de las dos cromátidas hermanas
moviéndose cada una a un polo de la célula. El proceso de separación comienza
en el centrómero que parece haberse dividido igualmente
Telofase: Ahora, los cromosomas se desenrollan y reaparecen los nucleolos, lo
cual significa la regeneración de núcleos interfásicos. Para entonces el huso se ha
dispersado, y una nueva membrana ha dividido el citoplasma en dos.
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Reproducción
Meiosis.
Los organismos superiores que se reproducen de forma sexual se forman a partir
de la unión de dos células sexuales especiales denominadas gametos. Los
gametos se originan mediante meiosis, proceso de división de las células
germinales. La meiosis se diferencia de la mitosis en que sólo se transmite a cada
célula nueva un cromosoma de cada una de las parejas de la célula original. Por
esta razón, cada gameto contiene la mitad del número de cromosomas que tienen
el resto de las células del cuerpo.
Cuando en la fecundación se unen dos gametos, la célula resultante, llamada
cigoto, contiene toda la dotación doble de cromosomas. La mitad de estos
cromosomas
proceden
de
un
progenitor
y
la
otra
mitad
del
otro.
Dado que la meiosis consiste en dos divisiones celulares, estas se distinguen
como Meiosis I y Meiosis II. Ambos sucesos difieren significativamente de los de la
mitosis. Cada división meiotica se divide formalmente en los estados de: Profase,
Metafase, Anafase y Telofase.
De estas la más compleja y de más larga duración es la Profase I, que tiene sus
propias divisiones: Leptoteno, Citogeno, Paquiteno, Diploteno y Diacinesis.
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Las características típicas de la meiosis I, solo se hacen evidentes después de la
replicación del DNA, en lugar de separarse las cromátidas hermanas se
comportan como bivalente o una unidad, como si no hubiera ocurrido duplicación
formando una estructura bivalente que en si contiene cuatro cromátidas. Las
estructuras bivalentes se alinean sobre el huso, posteriormente los dos homólogos
duplicados se separan desplazándose hacia polos opuestos, a consecuencia de
que las dos cromátidas hermanas se comportan como una unidad, cuando la
célula meiotica se divide cada célula hija recibe dos copias de uno de los dos
homólogos. Por lo tanto las dos progenies de esta división contienen una cantidad
doble de DNA, pero estas difieren de las células diploides normales.
Profase: Durante esta fase se realiza el entrecruzamiento y la precombinación
genética entre dos cromáticas no hermanas de los cromosomas homólogos este
proceso inicia con el leptoteno.
Leptoteno: En esta fase, los cromosomas se hacen visibles, como hebras largas
y finas. Otro aspecto de la fase leptoteno es el desarrollo de pequeñas áreas de
engrosamiento a lo largo del cromosoma, llamadas cromómeros, que le dan la
apariencia de un collar de perlas.
Cigoteno: Es un período de apareamiento activo en el que se hace evidente que
la dotación cromosómica del meiocito corresponde de hecho a dos conjuntos
completos de cromosomas. Así pues, cada cromosoma tiene su pareja, cada
pareja se denomina par homólogo y los dos miembros de la misma se llaman
cromosomas homólogos.
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Paquiteno: Esta fase se caracteriza por la apariencia de los cromosomas como
hebras gruesas indicativas de una sinapsis completa. Así pues, el número de
unidades en el núcleo es igual al número n. A menudo, los nucleolos son muy
importantes en esta fase. Los engrosamientos cromosómicos en forma de perlas,
están alineados de forma precisa en las parejas homólogas, formando en cada
una de ellas un patrón distintivo.
Diploteno: Ocurre la duplicación longitudinal de cada cromosoma homólogo, al
ocurrir este apareamiento las cromátidas homólogas parecen repelerse y
separarse ligeramente y pueden apreciarse unas estructuras llamadas quiasmas
entre las cromátidas. Además La aparición de estos quiasmas nos hace visible el
entrecruzamiento ocurrido en esta fase.
Diacinesis: Esta etapa no se diferencia sensiblemente del diploteno, salvo por
una mayor contracción cromosómica. Los cromosomas de la interfase, en forma
de largos filamentos, se han convertido en unidades compactas mucho más
manejables para los desplazamientos de la división meiótica.
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Metafase: Al llegar a esta etapa la membrana nuclear y los nucleolos han
desaparecido y cada pareja de cromosomas homólogos ocupa un lugar en el
plano ecuatorial. En esta fase los centrómeros no se dividen; esta ausencia de
división presenta una diferencia importante con la meiosis. Los dos centrómeros
de una pareja de cromosomas homólogos se unen a fibras del huso de polos
opuestos.
Anafase: Como la mitosis la anafase comienza con los cromosomas moviéndose
hacia los polos. Cada miembro de una pareja homologa se dirige a un polo
opuesto.
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Telofase: Esta telofase y la interfase que le sigue, llamada intercinesis, son
aspectos variables de la meiosis I. En muchos organismos, estas etapas ni
siquiera se producen; no se forma de nuevo la membrana nuclear y las células
pasan directamente a la meiosis II.
En otros organismos la telofase I y la intercinesis duran poco; los cromosomas se
alargan y se hacen difusos, y se forma una nueva membrana nuclear. En todo
caso, nunca se produce nueva síntesis de DNA y no cambia el estado genético de
los cromosomas.
MEIOSIS II
Profase: Esta fase se caracteriza por la presencia de cromosomas compactos en
número haploide. Los centríolos se desplazan hacia los polos opuestos de las
células
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Metafase: En esta fase, los cromosomas se disponen en el plano ecuatorial. En
este caso, las cromátidas aparecen, con frecuencia, parcialmente separadas una
de otra en lugar de permanecer perfectamente adosadas, como en la mitosis.
Anafase: Los centrómeros se separan y las cromátidas son arrastradas por las
fibras del huso acromático hacia los polos opuestos.
Telofase: En los polos, se forman de nuevo los núcleos alrededor de los
cromosomas.
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En suma, podemos considerar que la meiosis supone una duplicación del material
genético (fase de síntesis del DNA) y dos divisiones celulares. Inevitablemente,
ello tiene como resultado unos productos meióticos con solo la mitad del material
genético que el meiosito original.
Ahora ya sabes como se reproducen las células somáticas así como las
células sexuales y para comprobar lo aprendido realizaras las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Este esquema representa la organización estructural de una célula animal, anota
en cada una de la rayas el nombre:
INSTRUCCIONES: Una vez colocado los
nombres a la célula, elabora un
resumen sobre la función de cada organelo y entrégalo a tu facilitador.
1. Por equipo determinen la importancia de cada proceso en los seres vivos. Y
expóngala ante sus compañeros.
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2. Da alternativas de solución al siguiente problema por equipo. Imagina que vives
en el año 2030 el desarrollo tecnológico es desorbitante al igual que la escasez
de recursos naturales que se han ido acabando poco a poco. Se acaba de
detectar un terrible virus que esta acabando con todas las formas de vida ¿que
soluciones propondrías para lograr una activa reproducción de células que ayude
a la perpetuación de los seres vivos?
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Es hora de empezar una fase muy importante
que te permitirá conocer las similitudes
que tienes con tus padres, abuelos.
NIVEL GENETICO
Empezaremos por conocer que es la genética, estudio científico de cómo se
transmiten los caracteres físicos, bioquímicos y de comportamiento de padres a
hijos. Este término fue acuñado en 1906 por el biólogo británico William Bateson.
Los genetistas determinan los mecanismos hereditarios por los que los
descendientes de organismos que se reproducen de forma sexual no se asemejan
con exactitud a sus padres, y estudian las diferencias y similitudes entre padres e
hijos que se reproducen de generación en generación según determinados
patrones. La investigación de estos últimos ha dado lugar a algunos de los
descubrimientos más importantes de la biología moderna.
La ciencia de la genética nació en 1900, cuando varios investigadores de la
reproducción de las plantas descubrieron el trabajo del monje austriaco Gregor
Mendel, que aunque fue publicado en 1866 había sido ignorado en la práctica.
Mendel, que trabajó con la planta del guisante (chícharo), describió los patrones
de la herencia en función de siete pares de rasgos contrastantes que aparecían en
siete variedades diferentes de esta planta. Observó que los caracteres se
heredaban como unidades separadas, y cada una de ellas lo hacía de forma
independiente con respecto a las otras (para reforzar este conocimiento realiza
una consulta sobre las Leyes de Mendel). Señaló que cada progenitor tiene pares
de unidades, pero que sólo aporta una unidad de cada pareja a su descendiente.
Más tarde, las unidades descritas por Mendel recibieron el nombre de genes
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Ácidos Nucleicos: Son grandes moléculas formadas por la repetición de una
molécula unidad que es el nucleótido. Pero a su vez, el nucleótido es una
molécula compuesta por tres:
1. Una pentosa
o
ribosa
o
desoxirribosa
2. Ácido fosfórico
3. Una base nitrogenada, que puede ser una de estas cinco
o
adenina
o
guanina
o
citosina
o
timina
o
uracilo
Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de nucleótidos,
enlazados entre sí por el grupo fosfato.
Pueden alcanzar tamaños gigantes, siendo las moléculas más grandes que se
conocen, constituidas por millones de nucleótidos.
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Son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son las
responsables de su transmisión hereditaria. Existen dos tipos de ácidos nucleicos,
ADN y ARN, que se diferencian por el azúcar (pentosa) que llevan: desoxirribosa y
ribosa, respectivamente.
Además se diferencian por las bases nitrogenadas que contienen, adenina,
guanina, citosina y timina, en el ADN; y adenina, guanina, citosina y uracilo en el
ARN. Una última diferencia está en la estructura de las cadenas, en el ADN será
una cadena doble y en el ARN es una cadena sencilla.
Estructura del ADN: La molécula de ADN está constituida por dos largas
cadenas de nucleótidos unidas entre sí formando una doble hélice. Las dos
cadenas de nucleótidos que constituyen una molécula de ADN, se mantienen
unidas entre sí porque se forman enlaces entre las bases nitrogenadas de ambas
cadenas que quedan enfrentadas.
La unión de las bases se realiza mediante puentes de hidrógeno, y este
apareamiento está condicionado químicamente de forma que la adenina (A) sólo
se puede unir con la Timina (T) y la Guanina (G) con la Citosina (C).
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La estructura de un determinado ADN está definida por la "secuencia" de las
bases nitrogenadas en la cadena de nucleótidos, residiendo precisamente en esta
secuencia de bases la información genética del ADN. El orden en el que aparecen
las cuatro bases a lo largo de una cadena en el ADN es, por tanto, crítico para la
célula, ya que este orden es el que constituye las instrucciones del programa
genético de los organismos.
Conocer esta secuencia de bases, es decir, secuenciar un ADN equivale a
descifrar su mensaje genético.
La estructura en doble hélice del ADN, con el apareamiento de bases limitado (A-T; G-C), implica que el orden o secuencia
de bases de una de las cadenas delimita automáticamente el orden de la otra, por eso se dice que las cadenas son
complementarias. Una vez conocida la secuencia de las bases de una cadena, se deduce inmediatamente la secuencia de
bases de la complementaria.
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Replicación del ADN: Es la capacidad que tiene el ADN de hacer copias o
replicas de su molécula. Este proceso es fundamental para la transferencia de la
información genética de generación en generación.
Las moléculas se replican de un modo semiconservativo. La doble hélice se
separa y cada una de las cadenas sirve de molde para la síntesis de una nueva
cadena complementaria. El resultado final son dos moléculas idénticas a la
original.
MOLECULA DEL ADN
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Transferencia de información
Del "Gen" a la "Proteína”: El ADN tiene la información para hacer las proteínas
de la célula. Ya que muchas de estas proteínas funcionan como enzimas en las
reacciones químicas que tienen lugar en la célula, todos los procesos celulares
dependen, en última instancia, de la información codificada en el ADN.
En el proceso de síntesis de proteínas, existe una molécula, el ARN, que actúa de
intermediaria. Por lo tanto, en el proceso de expresión de la información contenida
en los genes hay dos etapas:
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ADN
ARN
PROTEÍNAS
La primera se denomina TRANSCRIPCIÓN y la segunda TRADUCCIÓN Esto se
ha dado en llamar el "dogma central de la Biología Molecular"
El "dogma central" admite excepciones. Temin descubrió una enzima, la transcriptasa inversa que es capaz de sintetizar
ADN copiando la información contenida en un ARN. El papel biológico de esta enzima es fundamental en los retrovirus ,
cuyo material genético es ARN en vez de ADN. El virus del SIDA. es un retrovirus.
Trascripción Síntesis de ARN: Consiste en hacer una copia complementaria de
un trozo de ADN. El ARN se diferencia estructuralmente del ADN en el azúcar,
que es la ribosa y en una base, el uracilo, que reemplaza a la timina. Además el
ARN es una cadena sencilla.
En una primera etapa, una enzima, la ARN-polimerasa se asocia a una región del
ADN, denominada promotor, la enzima pasa de una configuración cerrada a
abierta, y desenrolla una vuelta de hélice, permitiendo la polimerización del ARN a
partir de una de las hebras de ADN que se utiliza como patrón.
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La ARN-polimerasa, se desplaza por la hebra patrón, insertando nucleótidos de
ARN, siguiendo la complementariedad de bases, así por ejemplo: Secuencia de
ADN:
Secuencia de ARNm:
Cuando se ha copiado toda la hebra, al final del proceso, la cadena de ARN queda
libre y el ADN se cierra de nuevo, por apareamiento de sus cadenas
complementarias.
De esta forma, las instrucciones genéticas copiadas o transcritas al ARN están
listas para salir al citoplasma.
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El ADN, por tanto, es la "copia maestra" de la información genética, que
permanece en "reserva" dentro del núcleo.
El ARN, en cambio, es la "copia de trabajo" de la información genética. Este ARN
que lleva las instrucciones para la síntesis de proteínas se denomina ARN
mensajero.
Síntesis de Proteínas o Traducción: El ARN mensajero es el que lleva la
información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se
unirán los aminoácidos.
Esta información está codificada en forma de tripletes, cada tres bases constituyen
un codón que determina un aminoácido. Las reglas de correspondencia entre
codones y aminoácidos constituyen el código genético.
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La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma.
Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para
cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el
codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de
bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y
puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice
una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN
mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
En esta maqueta se ha representado el ARN mensajero como una varilla con los codones (juego de tres colores). El
ribosoma está fijado al filamento, y las moléculas de ARN transferencia, con los anticodones unidos a los codones del
ARNm En la parte superior se observan tres aminoácidos unidos
Código genético: El código genético viene a ser un diccionario molecular.
Constituye las reglas de correspondencia entre los codones (grupo de tres
nucleótidos) y los aminoácidos. El codón, constituye una palabra en el lenguaje de
los ácidos nucleicos, y esta palabra es traducida por un aminoácido.
Este código es universal, desde las bacterias hasta el hombre. Es decir, la
interpretación de los codones por aminoácidos es igual en todas las células, todas
"leen" de la misma manera los genes.
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Regulación de la expresión génica
Todas las células presentan mecanismos para regular la expresión de los genes.
De esta manera, las células procariotas y eucariotas, sintetizan en cada momento
solamente aquellos elementos que necesitan.
A principios de los años sesenta, Jacob y Monod, del Instituto Pasteur de París,
propusieron un modelo denominado operón para la regulación de la expresión
génica en las bacterias.
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En cada operón se diferencian dos clases de genes:

Los genes estructurales (E1, E2, E3), que codifican proteínas, participantes
en un determinado proceso bioquímico.

Un gen regulador (R), que codifica a una proteína represora (PR) que
puede encontrarse en la forma activa o inactiva y es el agente que controla
materialmente la expresión.

Existen además dos regiones que intervienen en la regulación:

El promotor (P), es una zona donde se une la ARN-polimerasa y decide el
inicio de la transcripción.

El operador (O), que posee una secuencia reconocida por la proteína
represora activa: cuando se bloquea el operador con la proteína represora,
impide el avance de la ARN-polimerasa y la transcripción se interrumpe,
con lo que se origina el proceso conocido como represión génica.
Cuando la bacteria necesita sintetizar proteínas debe separar el operador del
represor y utiliza para ello dos tácticas:
La inducción enzimática. Como en el caso del operón lactosa, que regula la
síntesis de las enzimas encargadas de metabolizar la lactosa.
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1. Como puede verse en el esquema, cuando aparece la lactosa (molécula
inductora), se une a la proteína represora inactivándola; entonces el
complejo inductor-represor se separa del operador, permitiendo el
funcionamiento del operón.
La represión enzimática. El ejemplo es el operón histidina, que regula la síntesis de las enzimas que intervienen en la
síntesis de la histidina
Te exhortamos a que sigas adelante, “el estudio es la clave”
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Después de haber realizado la lectura anterior, ya tienes más elementos
teóricos sobre la célula en su nivel genético. Para demostrar lo aprendido
realiza las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Por equipo llevaras acabo lo siguiente.
1.- Elabora una encuesta sobre lo que te interesa saber sobre clonación y aplícala
a algunos médicos de tu localidad, recopila la información necesaria.
2. Elabora una encuesta sobre lo que te interesa saber sobre mejoramiento
genético en plantas y animales, aplícala a los agrónomos y veterinarios de tu
entorno.
3. Por equipo lleva acabo una disertación sobre las ventajas y desventajas de la
utilización de la clonación en la actualidad.
4. Recopila el material de todas las actividades realizadas con anterioridad y
prepara una exposición ante el grupo utilizando gráficos y presentaciones con
imágenes.
5. Investiga por lo menos 5 usos de la genética en plantas, animales y humanos,
llena los siguientes cuadros.
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En plantas
Especie
Descripción
En animales
Especie
Descripción
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En humanos
Actividad
Descripción
¡EXCELENTE! Felicidades haz transitado por este cuarto nivel de
organización de la célula!
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Vamos a cerrar con broche de oro este fascinante mundo celular con su
aplicación en el nivel tecnológico. Sabias que algunos de los alimentos que
consumes fueron producidos en un laboratorio en algunas fases, que
cuando bebes para ponerte alegre un delicioso tequila probablemente fue
creado usando la biotecnología. Suena interesante ¿Verdad? Comencemos
por realizar lo siguiente.
Lee la siguiente palabra
1. Separa los vocablos y defínelos sin realizar consulta previa
Vocablo
Definición
2. Escribe algunas aportaciones de la biotecnología que recuerdes en las
siguientes áreas.
Industrial.
Agrícola.
Pecuaria.
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Medica.
3. Investiga lo anterior y compáralo con tus respuestas y con el contenido temático
de tu antología.
4. Seguramente has escuchado de los alimentos trasgénicos, clonaciones en
animales, células madres para combatir enfermedades, mejoras genéticas de
plantas y animales etc.
Analiza las palabras que se presentan a continuación
Síndrome de Dawn
Daltonismo
Hemofilia
Albinismo
Mutaciones
5. Como las relacionarías con los términos DNA y RNA
6. Escribe lo que creas signifique lo siguiente
Herencia.
Gen
Cromosoma
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Código genético
7. Si conoces la siguiente estructura escribe su nombre.
8. Investiga los conceptos de las actividades que acabas de realizar y compáralos
con el contenido que a continuación se presenta.
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El nivel tecnológico se ha enfocado en el uso
de técnicas que permitan las modificaciones
para mejoramiento genético.
NIVEL TECNOLOGICO
En esta ocasión veremos como se han desarrollado una serie de técnicas
bioquímicas y genéticas mediante las cuales el ADN puede ser separado y
transferido de una célula a otra. Algunos de esos métodos de laboratorio ayudan a
los investigadores a estudiar las propiedades de los genes en la naturaleza
(permiten, por ejemplo, comparar los ADN de diferentes animales para establecer
distancias evolutivas). Otras técnicas de ADN constituyen herramientas básicas en
el campo de la ingeniería genética (alteración de genes de un organismo). Esas
herramientas son utilizadas en la industria para desarrollar productos comerciales
tales como cosechas más resistentes a la desecación o a las plagas,
microorganismos capaces de descomponer compuestos contaminantes como
hidrocarburos o petróleo, o capaces de producir determinados compuestos útiles
en medicina en grandes cantidades como la insulina, el interferón o determinadas
vacunas.
Biotecnología
La biotecnología no es, en sí misma, una ciencia; es un enfoque multidisciplinario
que involucra varias disciplinas y ciencias (biología, bioquímica, genética,
virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre otras).
Hay muchas definiciones para describir la biotecnología. En términos generales
biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de
organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre.
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Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de
la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas
alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos.
Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos para realizar una
tarea o función. Si se acepta esta definición, la biotecnología ha estado presente
por mucho tiempo. Procesos como la producción de cerveza, vino, queso y
yoghurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin de convertir un producto
natural como leche o jugo de uvas, en un producto de fermentación más
apetecible como el yoghurt o el vino Tradicionalmente la biotecnología tiene
muchas aplicaciones. Un ejemplo sencillo es el compostaje, el cual aumenta la
fertilidad del suelo permitiendo que microorganismos del suelo descompongan
residuos orgánicos. Otras aplicaciones incluyen la producción y uso de vacunas
para prevenir enfermedades humanas y animales. En la industria alimenticia, la
producción de vino y de cerveza se encuentra entre los muchos usos prácticos de
la biotecnología.
La biotecnología consiste en un gradiente de tecnologías que van desde las
técnicas de la biotecnología "tradicional", largamente establecidas y ampliamente
conocidas y utilizadas (fermentación de alimentos, control biológico), hasta la
biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas técnicas del DNA
recombinante (llamadas de ingeniería genética), los anticuerpos monoclonales y
los nuevos métodos de cultivo de células y tejidos.
Antecedentes. La historia de la biotecnología puede dividirse en cuatro períodos.
El primero corresponde a la era anterior a Pasteur y sus comienzos se confunden
con los de la humanidad. En esta época, la biotecnología se refiere a las prácticas
empíricas de selección de plantas y animales y sus cruzas, y a la fermentación
como un proceso para preservar y enriquecer el contenido proteínico de los
alimentos. Este período se extiende hasta la segunda mitad del siglo XIX y se
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caracteriza como la aplicación artesanal de una experiencia resultante de la
práctica diaria. Era tecnología sin ciencia subyacente en su acepción moderna.
La segunda era biotecnológica comienza con la identificación, por Pasteur, de los
microorganismos como causa de la fermentación y el siguiente descubrimiento por
parte de Buchner de la capacidad de las enzimas, extraídas de las levaduras, de
convertir azúcares en alcohol. Estos desarrollos dieron un gran impulso a la
aplicación de las técnicas de fermentación en la industria alimenticia y al desarrollo
industrial de productos como las levaduras, los ácidos cítricos y lácticos y,
finalmente, al desarrollo de una industria química para la producción de acetona,
"butanol" y glicerol, mediante el uso de bacterias.
La tercera época en la historia de la biotecnología se caracteriza por desarrollos
en cierto sentido opuestos, ya que por un lado la expansión vertiginosa de la
industria petroquímica tiende a desplazar los procesos biotecnológicos de la
fermentación, pero por otro, el descubrimiento de la penicilina por Fleming en
1928, sentaría las bases para la producción en gran escala de antibióticos, a partir
de la década de los años cuarenta. Un segundo desarrollo importante de esa
época es el comienzo, en la década de los años treinta, de la aplicación de
variedades híbridas en la zona maicera de los Estados Unidos ("corn belt"), con
espectaculares incrementos en la producción por hectárea, iniciándose así el
camino hacia la "revolución verde" que alcanzaría su apogeo 30 años más tarde.
La cuarta era de la biotecnología es la actual. Se inicia con el descubrimiento de
la doble estructura axial del ácido "desoxi-ribonucleico" (ADN) por Crick y Watson
en 1953, seguido por los procesos que permiten la inmovilización de las enzimas,
los primeros experimentos de ingeniería genética realizados por Cohen y Boyer en
1973 y aplicación en 1975 de la técnica del "hibridoma" para la producción de
anticuerpos "monoclonales", gracias a los trabajos de Milstein y Kohler.
Estos han sido los acontecimientos fundamentales que han dado origen al auge
de la biotecnología a partir de los años ochenta. Su aplicación rápida en áreas tan
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diversas como la agricultura, la industria alimenticia, la farmacéutica, los procesos
de diagnóstico y tratamiento médico, la industria química, la minería y la
informática, justifica las expectativas generadas en torno de estas tecnologías. Un
aspecto fundamental de la nueva biotecnología es que es intensiva en el uso del
conocimiento científico. En el período anterior a Pasteur, la biotecnología se
limitaba a la aplicación de una experiencia práctica que se transmitía de
generación en generación. Con Pasteur, el conocimiento científico de las
características de los microorganismos comienza a orientar su utilización práctica,
pero las aplicaciones industriales se mantienen fundamentalmente como
artesanales, con la excepción de unas pocas áreas en la industria química y
farmacéutica (como la de los antibióticos), en las cuales se inicia la actividad de I y
D en el seno de la corporación transnacional.
En todos estos casos, la innovación biotecnológica surgió en el sector productivo;
en cambio, los desarrollos de la nueva biotecnología se originan en los centros de
investigación, generalmente localizados en el seno de las universidades.
Las nuevas biotecnologías pueden agruparse en cuatro categorías básicas:
1. Técnicas para el cultivo de células y tejidos.
2. Procesos biotecnológicos, fundamentalmente de fermentación, y que incluyen
la técnica de inmovilización de enzimas.
3. Técnicas que aplican la microbiología a la selección y cultivo de células y
microorganismos.
4. Técnicas para la manipulación, modificación y transferencia de materiales
genéticos (ingeniería genética).
Aunque los cuatro grupos se complementan entre sí, existe una diferencia
fundamental entre los tres primeros y el cuarto. Los primeros se basan en el
conocimiento de las características y comportamiento y los microorganismos y en
el uso deliberado de estas características (de cada organismo en particular), para
el logro de objetivos específicos en el logro de nuevos productos o procesos. La
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enorme potencialidad del último grupo se deriva de la capacidad de manipular las
características estructurales y funcionales de los organismos y de aplicación
práctica de esta capacidad para superar ciertos límites naturales en el desarrollo
de nuevos productos o procesos.
Desde un punto algo diferente, es posible agrupar las tecnologías que forman
parte de la biotecnología en los siguientes grupos siguientes:
1. · Cultivos de tejidos y células para: la rápida micropropagación "in vitro" de
plantas, la obtención de cultivos sanos, el mejoramiento genético por cruza
amplia, la preservación e intercambio de "germoplasma", la "biosíntesis" de
"metabolitos" secundarios de interés económico y la investigación básica.
2. · El uso de enzimas o fermentación microbiana, para la conservación de
materia primas definidas como sustratos en determinados productos, la
recuperación de estos productos, su separación de los caldos de
fermentación y su purificación final.
3. · Tecnología del "hibridoma", que se refiere a la producción, a partir de
"clones", de anticuerpos de acción muy específica que reciben el nombre
de anticuerpos "monoclonales".
4. · Ingeniería de proteínas, que implica la modificación de la estructura de las
proteínas para mejorar su funcionamiento o para la producción de proteínas
totalmente nuevas. · Ingeniería genética o tecnología del "ADN", que
consiste en la introducción de un "ADN" híbrido, que contiene los genes de
interés para determinados propósitos, para capacitar a ciertos organismos
en la elaboración de productos específicos, ya sean estos enzimas,
hormonas o cualquier otro tipo de proteína u organismo.
5. · Bioinformática, que se refiere a la técnica basada en la utilización de
proteínas en aparatos electrónicos, particularmente sensores biológicos y
"bioships"; es decir, "microchips" biológicos, capaces de lógica y memoria.
Algunos descubrimientos útiles serán una consecuencia directa del uso de las
técnicas de ingeniería genética que logren transferir determinados genes (a veces
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incluso genes humanos) a un determinado microorganismo apropiado, para hacer
el producto que es precisamente requerido en el mercado. Determinadas
proteínas humanas y algunos enzimas requeridos en Medicina se conseguirán de
esta forma, en el futuro. Otros muchos beneficios, serán el resultado de la
fabricación mediante técnicas de fermentación, de anticuerpos específicos para
fines analíticos y terapéuticos. Estos anticuerpos monoclonales se producirán
mediante el crecimiento de células en grandes tanques de cultivo, utilizando el
conocimiento biotecnológico adquirido por el cultivo de microorganismos en
grandes fermentadores, como por ejemplo la producción de antibióticos como la
penicilina.
En la agricultura, la biotecnología se orienta a la superación de los factores
limitantes de la producción agrícola a través de la obtención de variedades de
plantas tolerantes a condiciones ambientales negativas (sequías, suelos ácidos),
resistentes a enfermedades y pestes, que permitan aumentar el proceso
fotosintético, la fijación de nitrógeno o la captación de elementos nutritivos.
También se apunta al logro de plantas más productivas y/o más nutritivas,
mediante la mejora de su contenido proteínico o aminoácido.
Un aspecto que es importante de destacar en el desarrollo de la biotecnología
agrícola, es que tanto los procesos como los productos que se utilizan como
insumos, están fuertemente condicionados por las características ecológicas,
climáticas y geográficas, así como por la diversidad biológica y genética de cada
área o región. Por lo tanto, el desarrollo biotecnológico aplicado a la agricultura
tiene que ser llevado a cabo in situ. Por ejemplo, es sabido que cada especie de
leguminosa existe una bacteria de "rhizobium" específica. Más aún, estas
bacterias tienden a ser, además, específicas respecto de condiciones ecológicas y
climáticas particulares, de tal manera que para cada leguminosa se necesita no
sólo el "inóculo" de una bacteria determinada, sino que también esa bacteria se
adapte a las condiciones ambientales en las cuales la leguminosa se cultiva.
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La magnitud del mercado potencial agrícola para la biotecnología es, en gran
medida, materia de especulación debida precisamente a la falta de un
conocimiento detallado de muchas de estas condiciones locales. En este campo,
la biotecnología está orientada a la utilización en gran escala de "biomasa" para la
producción de materias primas orgánicas, que actualmente se obtienen mediante
procesos químicos convencionales. Las ventajas son que la "biomasa" es un
recurso altamente subutilizado y relativamente barato., ya que en gran parte esta
constituido por residuos y desechos de plantaciones forestales y de cultivos en
gran escala. Es además un recurso renovable. Las principales fuentes
potencialmente disponibles para la producción tanto de etanol como de otros
productos químicos a granel son (aparte de las melazas de la caña) cultivos como
la yuca, el sorgo, las papas y el maíz; los sueros de la industria de la leche; los
residuos de las plantaciones de café y, en general, todo tipo de residuo celuloso.
Actualmente la biotecnología está siendo aplicada en gran escala en la producción
de alcohol (etanol), como combustible sustituto del petróleo, fundamentalmente en
el Brasil y en menor medida en Estados Unidos y la India. En el Brasil, la
producción se logra a partir de melazas de la caña de azúcar, mientras que en
Estados Unidos se usa el maíz. Otro producto importante es el ácido cítrico. Los
principales productores son los Estados Unidos, Italia, Bélgica y Francia. Utilizan
como materia prima melazas de remolacha.
Biotecnología vegetal. Con esta
técnica moderna, es posible producir más
rápidamente, nuevas variedades de plantas con características mejoradas,
produciendo en mayores cantidades, con tolerancia a condiciones adversas,
resistencia a herbicidas específicos, control de plagas, cultivo durante todo el año.
Problemas de enfermedades y control de malezas ahora pueden ser tratados
genéticamente en vez de con químicos.
La ingeniería genética (proceso de transferir ADN de un organismo a otro) aporta
grandes beneficios a la agricultura a través de la manipulación genética de
microorganismos, plantas y animales.
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Una planta modificada por ingeniería genética, que contiene ADN de una fuente
externa, es un organismo transgénico. Un ejemplo de planta transgénica es el
tomate que permite mantenerse durante mas tiempo en los almacenes evitando
que se reblandezcan antes de ser transportados.
Un desarrollo paralelo es la producción de pesticidas (insecticidas, herbicidas y
fungicidas) microbianos. Las técnicas que ya se emplean, o que están
desarrollándose, van desde los cultivos de tejidos, la fusión protoplasmática, el
cultivo in vitro de "meristemas", la producción de nódulos de "rhizobium" y
"micorrizas", hasta la ingeniería genética para la obtención de plantas de mayor
capacidad fotosintética, que puedan fijar directamente nitrógeno, resistentes a
plagas y pestes, etc. El cultivo de tejidos consiste en la regeneración de plantas
completas a partir de una masa amorfa, de células, que se denomina "callo". En
su forma más general, se aplica a todo tipo de cultivo "in vitro", desde simples
unidades indiferenciadas hasta complejos multicelulares y órganos. El proceso
consiste en la incubación, en condiciones controladas y asépticas, de una célula o
parte de un tejido vegetal (hoja, tallo, raíz, embrión, semilla, "meristema", polen,
etc.) en un medio que contiene elementos nutritivos, vitaminas y factores de
crecimiento.
Las aplicaciones de esta técnica se dan en tres áreas fundamentales: a) rápida
micropropagación "in vitro" de plantas, b) desarrollo "in vitro" de variedades
mejoradas y c) producción de "metabolitos" secundarios de interés económico
para el cultivo de células de plantas. En el primer grupo se incluye el cultivo "in
vitro" de "meristemas", que permiten la micropropagación de material de siembra
uniforme y sano, y el cultivo de anteras, de gran utilidad al permitir la reducción del
tiempo necesario en la selección de genes, y por lo tanto de gran ayuda en las
técnicas tradicionales de hibridación. También incluye el cultivo y la fusión de
"protoplastos", el cultivo de embriones, la mutación somática, etc.
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Ventajas de la Biotecnología Vegetal
Las ventajas principales del cultivo "in vitro" de plantas son: a) rápida reproducción
y multiplicación de cultivos; b) obtención de cultivos sanos, libres de virus y
agentes patógenos; c) posibilidad de obtener material de siembra a lo largo de
todo el año (no estar sujetos al ciclo estacional); d) posibilidad de reproducir
especies de difícil reproducción o de reproducción y crecimientos lentos; e) facilita
la investigación y proporciona nuevas herramientas de gran utilidad en otras
técnicas como la del "rADN", y f) mejora las condiciones de almacenamiento,
transporte y comercialización de germoplasma, facilitando su transferencia
internacional.
Las técnicas de cultivo de tejidos se pueden clasificar, según la fecha de su
aplicación en actividades económicas, en las siguientes categorías: Aplicaciones
de corto plazo (dentro de los tres años) Aplicaciones de mediano plazo (dentro de
los próximos ocho años) Aplicaciones de largo plazo (no antes de los próximos
ocho años)
Para que tú puedas hacer uso de la biotecnología
moderna, es esencial que conozcas el ADN
recombinante, tomando en cuenta que es la capacidad
que tiene el ser humano para insertar un gen diferente
a un organismo vivo
ADN recombinante
Las moléculas de ADN de cualquier forma de vida tienen la misma estructura y
están constituidas por las mismas cuatro bases nitrogenadas, por lo que los
científicos han utilizado esas similitudes para introducir uno o más genes de un
organismo en otro diferente. Estos nuevos genes llegan a ser funcionales en el
organismo receptor y a producir la proteína deseada. Esta tecnología del ADN
recombinante es la que se ha utilizado para obtener grandes cantidades de
determinadas proteínas como la insulina, necesaria para los enfermos diabéticos.
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Inicialmente la insulina se obtenía del ganado vacuno, pero era un proceso
demasiado largo y costoso. El primer paso para obtener insulina utilizando la
tecnología del ADN recombinante fue conocer la secuencia de nucleótidos del gen
en la célula humana y emplear enzimas de restricción (proteínas especializadas
que actúan como tijeras moleculares) para cortar la doble hélice de ADN y obtener
el gen completo que codifica dicha proteína. Posteriormente, este fragmento de
ADN es ligado a un vector, es decir, a otra molécula de ADN que permite
transportar los genes de un organismo a otro. El vector que contiene el gen de
insulina es introducido en una bacteria, como por ejemplo Escherichia coli, que
producirá en unas pocas horas millones de células que contienen copias exactas
del gen productor de insulina insertado por los científicos. El proceso de fabricar
muchas células con ADN idéntico se conoce como clonación.
Genotecas o librerías de ADN.
Una librería de ADN es un almacén de información genética que se mantiene en
una bacteria como los libros en una biblioteca. Esas bacterias son clones creados
con la tecnología del ADN recombinante y suponen una fuente constante de
fragmentos de ADN necesarios para multitud de investigaciones. Una genoteca
puede contener el genoma completo de un organismo troceado en pequeños
fragmentos. Por ejemplo, para crear una librería del genoma humano todos sus
cromosomas deben cortarse en pequeñas piezas que serán unidas al azar en
vectores (por ejemplo plásmidos o bacteriófagos) e introducidos en una población
de bacterias.
Reacción en cadena de la polimerasa (RCP).
La reacción en cadena de la polimerasa (RCP o más conocida como PCR, por sus
siglas en inglés) ofrece una alternativa a la clonación basada en vectores como
medio de generar numerosas copias de ADN a partir de una muestra simple. Esta
técnica imita la forma en la que el ADN se replica de forma natural en el interior de
la célula. Para llevar a cabo esta técnica los científicos aíslan el fragmento que va
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a ser amplificado en un tubo de ensayo y le aplican calor para separar las dos
cadenas de la molécula. Una vez que se ha enfriado, se añaden unos fragmentos
cortos de ADN, denominados oligonucleótidos (primers), que son complementarios
a una de las cadenas a la que se unen, marcando así el segmento que debe ser
amplificado. Se añaden entonces a la muestra nucleótidos y una enzima
denominada ADN polimerasa que construye, con los nucleótidos añadidos, una
cadena complementaria de cada segmento amplificado, obteniendo de nuevo
moléculas de ADN de doble cadena. Cada ciclo de calentamiento y enfriamiento
duplica la cantidad de ADN deseado en el tubo de ensayo, por lo que en unas
cuantas horas se pueden obtener millones de copias de un fragmento de ADN.
Ésta es la técnica que se utiliza para amplificar, por ejemplo, trazos de ADN
encontradas en la escena de un crimen o en un animal fósil.
Electroforesis
Esta técnica permite separar fragmentos de ADN en función de su tamaño al
aplicar una corriente eléctrica a un gel en el interior del cual se ha introducido una
mezcla de fragmentos. Éstos comienzan a moverse desde el polo negativo al polo
positivo de tal modo que los fragmentos más pequeños se mueven más rápido
que los más grandes. Cuando la corriente cesa, los fragmentos de ADN se han
distribuido a lo largo del gel, situándose los más pequeños más cerca del polo
positivo, adoptando una apariencia similar a un código de barras. Cada barra
contiene un fragmento de ADN de un tamaño determinado. Adicionalmente puede
utilizarse una secuencia complementaria de un ADN como sonda para buscar un
fragmento específico en el patrón de bandas. Por ejemplo, los científicos pueden
usar el ADN encontrado en la sangre presente en la escena de un crimen como
sonda para buscar fragmentos complementarios en electroforesis conteniendo
ADN obtenido de diversas personas sospechosas.
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Secuenciación de ADN.
Una vez que un fragmento interesante de ADN se ha aislado o identificado, los
científicos necesitan determinar si la secuencia de nucleótidos de dicho fragmento
es un gen conocido o qué clase de proteína puede estar produciendo. Esta técnica
permite determinar la secuencia específica (el orden preciso de bases nucleótidas)
de un fragmento de ADN. La mayoría de los tipos de secuenciación utilizan la
técnica de extensión de oligonucleótido ideada por el británico Frederick Sanger.
Esta técnica se puede utilizar por ejemplo para detectar mutaciones relacionadas
con enfermedades tales como la fibrosis quística, o bien para alterar la secuencia
de un gen y estudiar la función de la proteína resultante. Microsoft ® Encarta ®
2006.
Ahora es tiempo de que demuestres lo que aprendiste en este último nivel
de la célula realizando las siguientes:
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
Ahora demuestra tus habilidades en la búsqueda de la información utilizando
diferentes fuentes bibliograficas
1. Investiga la aplicación de la biotecnología a corto mediano y largo plazo.
2. Que consecuencias puede traer el consumo de plantas y alimentos
transgenicos.
3. Investiga el proceso de clonación de la oveja dolly, identificando:
A) El gen insertado
B) Cuales fueron los resultados
c) que tipos de células utilizaron
4. En Forma individual entrega tus comentario o conclusiones
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5. En equipo realiza una investigación bibliográfica sobre la tecnología celular,
aplicada recientemente en diferentes investigaciones.
¡FELICIDADES HAS TERMINADO CON ÉXITO LA ASIGNATURA DE
BIOLOGÍA MODERNA!
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BIBLIOGRAFIA
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Novena Edición.
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Edición, Barcelona-España.
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Manual Moderno, Vigésima Octava Edición, México.
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