Microorganismo de agua dulce
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BIOELEMENTOSPrimarios, fundamentales o mayoritarios (C, H, O, N, P, S):
En su conjunto constituyen el 98% del peso seco de los seres vivos. Son los componentes básicamente estructurales de las biomoléculas.
Secundarios (Na, K, Ca, Mg, Cl):
Constituyen menos del 2% del peso seco de los seres vivos. Realizan mayoritariamente funciones reguladoras en procesos fisiológicos.
Oligoelementos (el resto hasta los 70 bioelementos):
Fuerzas electrostáticas, fuerzas de solvatación, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno AGUAEl agua es quizás la sustancia más importante en la vida. Aparece, en cualquiera de sus formas: estructural, metabólica o circulante. La cantidad en la que aparece en ellos depende de algunos factores, como son:La estructura química se corresponde con una molécula triatómica, con dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno unidos mediante enlaces covalentes polares.
A pesar de tratarse de una molécula eléctricamente neutra, dando lugar a un dipolo, la separación que existe entre cada átomo de hidrógeno con respecto al oxígeno en su molécula, de 104,5º. La uníón mediante enlaces de hidrógeno, formando una estructura reticular flexible con forma de malla en su conjunto. Son cuatro las uniones posibles. Sus propiedades son:
gran fuerza de cohesión entre sus moléculas, líquido prácticamente incompresible, elevada tensión superficial, gran fuerza de adhesión:
capilaridad, reducida viscosidad, elevado calor específico, alto calor de vaporización, elevada constante dieléctrica (gran poder disolvente)
, contracción y dilatación anómalas y baja ionización
SALES MINERALESLa función que desempeñan las sales en un organismo depende del estado físico en que se encuentran. Según ello, hablamos de:
Sales precipitadas (cristalizadas):
Forman los exo y endoesqueletos de muchos seres vivos, desempeñando una función estructural y protectora.Sales disueltas (ionizadas)
Ejercen una función reguladora fisiológica y bioquímica en los procesos metabólicos como cofactores enzimáticos, interviniendo en la formación de gradientes electroquímicos, como reguladores osmóticos, sistemas tampón.DISPERSIONES ACUOSASUn sistema disperso se compone de una fase dispersante, que actúa como disolvente y de una fase dispersa, que es el soluto. Hay dos tipos de sistemas dispersos:Dispersiones coloidales o coloides
Son aquellas que contienen partículas dispersas, formándose una mezcla heterogénea muy estable.Más del 90% de la materia viva se encuentra en estado coloidal, son:Estado de sol
Donde las partículas del coloide están libres y en baja concentración.Estado de gel
Es el caso de un coloide que ha perdido agua y las partículas se aglomeran formando redes que tratan de atrapar el agua que queda.Dispersiones moleculares o verdaderas:
Las disoluciones verdaderas son dispersiones en un líquido de un sólido de bajo peso molecular y pequeño tamaño. En estos casos se produce una mezcla homogénea total de las partículas con el agua. Sus propiedades son:Elevada adsorción, Movimiento browniano, Efecto
Tyndall, Elevada viscosidad, sedimentación o floculación // Ósmosis:
Se produce por la difusión pasiva del disolvente a través de membranas semipermeables, desde la solución más diluid
hacia la más concentrada, hasta igualar las concentraciones. Las soluciones se denominarán: Isotónicas, misma concentración, Hipertónica, mayor concentración, Hipotónica, menor concentración. Hipertónico --> plasmólisis e Hipotónico --> Turgencia// Difusión:
Proceso por el cual ciertas moléculas tienden a repartirse homogéneamente en los medios fluidos. // Diálisis:
Se realiza a través de una membrana semipermeable cuyo tamaño de poro permite el paso de pequeñas moléculas y, con ello, la separación de las macromoléculas. GLÚCIDOS, HIDRATOS DE CARBONO O AZÚCARESLos glúcidos son moléculas orgánicas ternarias, formadas básicamente por C, H y O, a veces con N también, su función puede ser:
Energética, estructural, hay dos grupos:
Osas o monosacáridos
Glúcidos más sencillos, no hidrolizables.Ósidos
De mayor tamaño, formados por la uníón de un número variable de osas, son hidrolizables en glúcidos de menor tamaño y en osas. Pueden ser:Holósidos
Por hidrólisis sólo originan osas. Se clasifican en oligosacáridos y en polisacáridos (heteropolisacáridos y homopolisacáridos).
Heterósidos
Formados por la uníón de un glúcido con una molécula no glucídica de diversa naturaleza llamada aglucón o genina.OSAS O MONOSACÁRIDOS Químicamente son polialcoholes formanfo una aldosa o cetosa, sus propiedades:
no son hidrolizables;
Estructura cristalina y color blanco o incoloro;
Sabor dulce;
solubles en agua, tienen carácter reductor hacia otras moléculas. Excepto la dihidroxiacetona, tienen isomería espacial.
El enlace mediante el que se unen los monosacáridos, en su forma cíclica, para dar lugar al resto de los glúcidos se denomina O-glucosídico àreacción entre el grupo hidroxilo hemiacetálico o hemicetálico del carbono anomérico de una osa, con un grupo hidroxilo de otra osa, con desprendimiento de una molécula de agua. Reacción entre el grupo hidroxilo hemiacetálico o hemicetálico del carbono anomérico de una osa, con un grupo amino (-NH3) de otra molécula no, con desprendimiento de una molécula de agua à N-glucosídico.
Los disacáridos más frecuentes son:
MALTOSA, LACTOSA, SACAROSA, CELOBIOSA, reserva de energía son:
ALMIDÓN y GLUCÓGENO, estructurales:
CELULOSA y QUITINA, otras funciones:
GLUCOSAMINOGLUCANOS, AGAR-AGAR, PECTINAS y HEMICELULOSAS
OTROS:
GLUCOLÍPIDOS, GLUCOPROTEÍNAS o PÉPTIDOGLUCANO.
LÍPIDOS Se trata de un grupo de moléculas muy diverso y heterogéneo que se agrupan en una misma categoría por tratarse de moléculas de naturaleza hidrocarbonada de carácter ternario formadas por C, H y O y en ocasiones S, N y P, con una gran variedad de estructuras y funciones diferentes. También poseen una serie de propiedades físicas son:
insolubilidad en el agua, sí son solubles en disolventes orgánicos, Baja densidad, untuosidad y viscosidad y poca conductividad térmica, función muy variada:
Reserva energética, Estructural, Aislante térmico, Aislante mecánico, Hormonal y Coenzimátía, tres grupos:
Ácidos grasos:
Los más sencillos, Lípidos saponificables e insaponificables. Según sea la cadena hidrocarbonada, los ácidos grasos pueden ser:
Saturados
Todo enlaces simples.Insaturados
enlaces covalentes dobles (insaturaciones)
Como el ácido oleico, linoleico, linolénico o araquidónico.
Algunas propiedades físico-químicas importantes:
Carácter anfipático, Punto de fusión, que depende de la longitud de la cadena y del número de instauraciones que tenga, Esterificación, los ácidos grasos pueden formar enlaces éster, Saponificación
LAS PROTEÍNAS: CarácterÍSTICAS Las proteínas están constituidas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, aunque pueden contener también otras moléculas, son polímeros lineales formados por la uníón, mediante enlaces peptídicos, de un número variable de aminoácidos de entre los veinte aminoácidos diferentes. Son los monómeros que originan las proteínas al unirse entre ellos por enlaces peptídico, hay veinte aminoácidos distintos que presentan una serie de propiedades físico-químicas que les caracterizan: Isomería espacial, Isomería óptica, Punto isoeléctrico y Carácter anfótero:
Pueden actuar como ácidos (dadores de H+) o como bases (receptores de H+), dependiendo del pH del medio en que se encuentren. En la especie humana son nueve los aminoácidos esenciales:
Met, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Lys e His, que deben ser ingeridos necesariamente en la dieta. Los aminoácidos se unen entre sí por enlaces de tipo amida, llamados enlaces peptídicos, líberándose una molécula de agua, siendo todos idénticos a lo largo de las cadenas polipeptídicas. Tienen estructura primaria, secundaria (alfa hélice y lámina beta) , terciaria y cuaternaria. Cada proteína posee unas carácterísticas físico-químicas que son:
Solubilidad, Especificidad, Desnaturalización/renaturalización, Tampón de pH.
Cumplen con multitud de funciones en los seres vivos:
Estructural, Biocatalizadora, Hormonal, Reguladora.
Las sustancias encargadas de catalizar las reacciones del metabolismo son generalmente unas proteínas llamadas enzimas. En las enzimas simples no es necesaria su uníón con ninguna otra molécula para que sea funcional. En una reacción bioquímica sencilla un sustrato se transforma en un producto.
Para que esto se produzca es necesario que se alcance por el sustrato una determinada cantidad de energía, llamada energía de activación, que le permita romper enlaces de la sustancia inicial y formar otros que le transformen en el producto. Una vez alcanzada esta energía de activación la sustancia inicial está en un estado intermedio entre el sustrato y el producto llamado estado de transición.
En una reacción exergónica el estado energético del producto es más bajo que la del sustrato, en una reacción endergónica el estado energético del producto es más alto que el del sustrato. E + S ↔ E-S → E-P → E + P. Son factores o procesos que regulan:
PH y temperatura, Concentración del sustrato, Cofactores enzimáticos y coenzimas, Ligandos activadores e inhibidores, Alosterismo. Inhibidores enzimáticos:
Son sustancias que reducen o anulan totalmente la actividad enzimática:
Reversibles
Si permiten a la enzima recobrar su actividad Competitivos, No competitivos, Acompetitivos o Irreversibles o venenos:Si la actividad de la enzima se pierde permanentemente. Se han desarrollado estrategias que incrementan la velocidad de reacción de reacciones catalizadas.
Compartimentación celular
Al producirse procesos metabólicos específicos en espacios celulares compartimentados mediante membranas.Efecto cascada
Enlazando reacciones de una misma ruta de forma secuencial, de forma que el producto de una reacción sea la enzima de la siguiente sucesivamente.Complejos multienzimáticos
En los que se agrupan las enzimas que catalizan diversas reacciones relacionadas entre sí.LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Son las biomoléculas quizás más importantes en los seres vivos, por su implicación en la transmisión de los caracteres hereditarios y en la síntesis de proteínas.
Químicamente son polímeros lineales de monómeros llamados nucleótidos, que dan lugar a dos tipos diferentes de moléculas denominadas:
ácido desoxirribonucleico (ADN)
Y ácido ribonucleico (ARN)
Los nucleótidos son los monómeros que originan los ácidos nucleicos al unirse entre sí. Están formados por tres componentes: Una base nitrogenada, Una aldopentosa , Ácido fosfórico.
Los monómeros se unen mediante puentes o enlaces fosfodiéster, llamados enlaces nucleotídicos.
MOLÉCULAS ALMACENADORAS DE ENERGÍA (ATP y GTP):
Son ribonucleótidos trifosfato de adenosina o guanosina en los que los grupos fosfato se unen entre si mediante unos enlaces ricos en energía (8 kcal/mol), que la acumulan cuando se forman y la liberan cuando se deshacen por hidrólisis.
MOLÉCULAS MENSAJERAS INTRACELULARES o SEGUNDOS MENSAJEROS (AMPc):
Se trata de un nucleótido monofosfato de adenosina en la que el grupo fosfato unido al carbono 5’ de la ribosa se ha ciclado uníéndose mediante enlace éster al carbono 3’ de la misma pentosa.MOLÉCULAS COENZIMÁTICAS (FMN-FMNH2, FAD-FADH2, NAD-NADH, NADP-NADPH, COENZIMA A)
Es decir, actúan como moléculas orgánicas que actúan en reacciones enzimáticas, complementando o completando la actividad de enzimas, generalmente como transportadores de electrones. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN) Contiene la información genética que determina el desarrollo del individuo y sus carácterísticas biológicas, en todas las especies salvo en los ARN-virus. En eucariotas, el ADN se encuentra en el núcleo.En procariotas, la molécula de ADN es circular.
Está formado por dos cadenas de polinucleótidos enrollados en forma de doble hélice alrededor de un eje longitudinal imaginario. Las bases nitrogenadas están enfrentadas dos a dos.
Sus dimensiones son:
2 nm de diámetro, 3,4 nm la longitud de una vuelta de hélice completa y 0,34 nm la separación entre pares de bases.
Las bases enfrentadas lo hacen de forma complementaria.
Su enrollamiento es dextrógiro, plectonémico, antiparalela.
La cromatina que se observa en el núcleo interfásico puede, a su vez, ser de dos tipos:
Eucromatina
De aspecto poco contrastado, que se corresponde a la cromatina más descondensada y Heterocromatina:Regiones más contrastadas que se corresponden con zonas inactivas a efectos de transcripción génica. También podemos clasificarlos en función de la información que contienen:
Cromosomas somáticos o autosomas:
Los que contienen información genética del soma y no relacionada con el sexo. Y Cromosomas sexuales ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN) Es un polímero de ribonucleótidos de A, G, C y U, en los que la pentosa es la ribosa. Con la excepción de los reovirus donde el ARN es bicatenario y constituye su material genético, los ARN son monocatenarios, aunque algunos pueden presentar regiones de apareamiento o complementariedad intracatenarias. Hay distintos tipos de ARN, cuyas distintas funciones están relacionadas con la síntesis de proteínas.
ARNm, Solamente posee estructura primaria. Su función es transportar la información genética codificada desde el núcleo hasta los ribosomas. En eucariotas, los transcritos primarios son siempre monocistrónicos (portan información para una sola proteína), poseen en el extremo 5’ una especie de caperuza compuesta por un derivado de guanina y tres restos fosfato, y en el extremo 3’ presenta una cola compuesta por unas 200 unidades de adenina, llamada cola de poli-A.
En procariotas el ARNm suele ser policistrónico (portan información para varias proteínas). Tienen exones e intrones, y que son eliminados durante el proceso de maduración diferencial.
ARNn, se sintetiza a partir de la información contenida en las constricciones secundarias de los cromosomas y se acumula en el nucléolo.
ARNr, Junto a una gran variedad de moléculas proteicas constituyen unos orgánulos celulares denominados ribosomas, que se encargan de sintetizar las proteínas a partir de la traducción de la secuencia de nucleótidos del ARNm. En células procariotas
70S y en eucariotas, de 80S.
ARNt
Se dedica a Captar del citoplasma aminoácidos activados, Transferirlos a los ribosomas que están sintetizando la proteína, Colocarlos en el lugar que les corresponde en la proteína, de acuerdo con la información codificada en el ARNm. Tienen una estructura en forma de hoja de trébol con tres brazos o bucles y dos extremos:brazo, brazo A donde se encuentra el anticodón,brazo T y extremo 3´y 5´. LA CÉLULALos postulados de la Teoría Celular en la actualidad se podrían resumir en los siguientes: Todos los organismos están compuestos por una o más células. La excepción a esta ley está en los virus, considerados seres vivos acelulares. La célula constituye la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. Podemos descomponer una célula en estructuras más pequeñas (orgánulos, moléculas, átomos) pero no son ya estructuras vivas. La célula es la unidad elemental de reproducción. Es decir, toda célula procede de la división de otra preexistente de la que recibe el material genético y a la que es idéntica. La célula es la unidad de vida independiente más elemental. Es decir, los seres vivos más simples que existen son los unicelulares (recordad la excepción de los virus). En función de su antigüedad y grado de complejidad, podemos distinguir células procariotas y eucariotas. Como introducción podemos resumir las carácterísticas que definen a ambos tipos de células de forma esquemática:
Procariotas | |||
Eucariotas | |||
Complejidad | Muy baja. | Mucha, organismos uní y pluricelulares, autótrofos y heterótrofos,... |
Tamaño | 0,4 - 1 micras | 10-100 micras |
Material genético | en el citoplasma Molécula circular de ADN bicatenarioEn ningún caso asociado a histonas. | Se encuentra en el interior del núcleo, organizado en forma de cromatina o de cromosomas, ambos muy estructurados, según el momento celular, estará o no asociado a histonas. |
Membrana citoplasmática | Sin esteroles. | Con esteroles. |
Pared celular | Pared bacteriana formada por peptidoglicanos. | Sólo presente en ciertos protistas, vegetales (celulosa) y hongos (quitina). |
Citoesqueleto | No tiene. | Si tiene. |
Orgánulos citoplasmáticos | No tiene. Pueden presentar cilios o flagelos. | Mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas, RE, complejo de Golgi, lisosomas (animales), centrosoma (animales), inclusiones de reserva, vacuolas, ribosomas 80 S. Pueden presentar cilios o flagelos. |
Organismos que las poseen | Bacterias | Protistas, hongos, plantas y animales |
LA MEMBRANA PLASMÁTICAEstructura continua que rodea a la célula, sólo visible con el microscopio electrónico, con un espesor de 7,5 a 10 nm. La membrana plasmática está constituida por una bicapa de fosfolípidos en la que se encuentran incluidas además otros lípidos, proteínas y glúcidos.
La disposición de los componentes de la membrana se compone el modelo de mosaico fluido.
Sus funciones:
Permeabilidad selectiva, Producir, modular y conservar gradientes , Recibir y transmitir estímulos o señales , Controlar el desarrollo y división de las células, Mantener constante el tamaño y la forma celular, Delimitar compartimentos intracelulares, Permitir la endo y exocitosis, Favorecer la adherencia y comunicación entre células. ESTRUCTURA: MODELO DE MOSAICO FLUÍDO Fue propuesto por Seymour
Singer y Garth
Nicholson, propone que la membrana es similar a un mosaico de piezas móviles, sin dejar espacios entre ellas, en el que las moléculas de fosfolípidos forman una bicapa. UNIONES CELULARES Uniones adherentes o desmosomas, Uniones oclusivas, estrechas o impermeables:
Las membranas celulares contiguas están tan unidas que obturan completamente el espacio intercelular e impiden el paso de cualquier sustancia y Uniones comunicantes, GAP o en hendidura:
Existe un pequeño espacio intercelular por lo que permiten el paso de pequeñas moléculas y del impulso nervioso. El transporte a través de la bicapa lipídica se puede realizar por dos mecanismos:
Transporte pasivo
Es un tipo de difusión a favor de un gradiente de concentración o electroquímico, sin consumo de energía.Difusión simple
Pequeñas moléculas polares pero sin carga atraviesan la membrana libremente por sí solas, abríéndose paso entre los fosfolípidos.Difusión facilitada
Permite el paso de iones y moléculas polares, para que tenga lugar es necesaria la presencia de proteínas de membrana y la existencia de un gradiente electroquímico como son:
“carriers”
Se unen a la molécula específica que van a transportar y sufren un cambio conformacional reversible que permite el paso de la sustancia al otro lado de la membrana.Proteínas canal. Transporte activo
Se realiza en contra del gradiente electroquímico y con consumo de energía (ATP). La existencia de proteínas translocadoras que actúan como sistemas de bombeo en contra de gradiente. El consumo de energía, que proviene normalmente de la hidrólisis de ATP. MOLÉCULAS DE ELEVADA MASA MOLECULAR Endocitosis:Es el mecanismo por el cual las células toman partículas del medio externo mediante la creación de una invaginación de la membrana plasmática, hasta formar una vesícula intracelular llamada vesícula endocítica.
Hay dos tipos Pinocitosis:
Si se produce la incorporación de pequeñas gotas de líquido y partículas disueltas procedentes del medio extracelular.
Fagocitosis
Si la célula ingiere partículas de gran tamaño. Existe una endocitosis mediada por receptor.Exocitosis
Es el mecanismo mediante el que se vierten al exterior macromoléculas intracelulares encerradas en vesículas exocíticas.“devolver” a la membrana plasmática la membrana “robada” al generarse las vesículas endocíticas. EL CITOSOL El citosol está formado por una dispersión coloidal compuesta por una gran cantidad de agua, que ocupa la mayor parte del volumen celular. Su función es constituir el medio único en el que se realizan una buena parte de las reacciones del metabolismo celular. EL CITOESQUELETO Es un conjunto de filamentos de carácter proteico que aparecen en el citosol. Forman estructuras de tipo reticular que contribuyen a mantener la morfología celular. Está formado por elementos de tres tipos diferentes, microfilamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Está formado por un sistema laberíntico de membranas que forman cisternas y conductos interconectados, que dejan un espacio interior llamado lumen.
Existen dos tipos diferenciados, retículo endoplasmático rugoso y liso.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER) Está especialmente desarrollado en células que realizan una síntesis muy activa de proteínas.
Almacena proteínas y Realiza la glucosilación de algunas de las proteínas almacenadas. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) No llevan adheridos ribosomas a su membrana por lo que presenta una superficie lisa.
Síntesis de lípidos, contracción muscular, regulador de la concentración de Ca, Produce vesículas para el transporte de lípidos y proteínas. APARATO DE GOLGI Se trata de un sistema de cisternas membranosas aplanadas, llamadas dictiosomas, junto con algunas vesículas asociadas que permanecen agrupadas cerca del núcleo. Se observan dos regiones Cara cisCara Y trans.
Glucosilación de lípidos y proteínas, Fosforilación de proteínas, Formación de lisosomas
LISOSOMAS Son orgánulos membranosos de pequeño tamaño y forma esférica, que contienen una enorme variedad de enzimas hidrolasas ácidas.
Actúan como un “sistema digestivo celular” con función nutritiva, de defensa o de reciclaje, según los casos. Necesitan que su interior posea un valor sumamente ácido, consiguiéndolo a costa de un sistema de bombeo de H+.
Lisosomas primarios
Son las vesículas de secreción.Pueden producir una digestión extracelular, si vierten su contenido al exterior de la célula por exocitosis, O una digestión intracelular, dando lugar a los lisosomas secundarios.
Lisosomas secundarios
Son los formados por la fusión de uno o varios lisosomas primarios. Pueden realizar la Fagocitosis o Autofagia.GLIOXIXOMAS Y PEROXIXOMAS: Realizan la excreción de elementos perjudiciales para la célula. VACUOLAS: almacena sustancias de reserva.
MITOCONDRIAS Son orgánulos comunes a todas las células eucarióticas aerobias. Se encangan principalmente de la respiración celular. El conjunto de todas las mitocondrias en una célula se llama condrioma.
Su estructura consta de una doble membrana que la delimita del exterior, llamadas membrana mitocondrial externa e interna (con crestas mitocondriales).
Entre ambas membranas está el espacio intermembranoso.
En el interior se encuentra la matriz mitocondrial, formada por un material en estado de gel. En cada una de sus partes tienen lugar procesos diferentes:
Matriz mitocondrial
Tiene lugar la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico procedente de la glucólisis y el subsiguiente Ciclo de Krebs que degradará el Acetil-Coenzima A formado. También ocurre allí la β-oxidación de los ácidos grasos.Membrana mitocondrial interna
Se produce la cadena transportadora de electrones (cadena respiratoria) a partir de los electrones y H+ desprendidos durante el Ciclo de Krebs. También tiene lugar la fosforilación oxidativa.CLOROPLASTOSSon orgánulos exclusivamente vegetales; a su conjunto en la célula, se le llama plastidioma.
Existen varios tipos, según su función y el órgano dónde la lleven a cabo: La función que desempeñan es la realización de la fotosíntesis oxigénica, es decir con desprendimiento de oxígeno como sustancia residual. Esta fotosíntesis es un proceso anabólico desarrollado en dos fases:
Fase lumínica
En la que se transforma la energía lumínica captada en energía química (ATP) y se producen sustancias reductoras (NADPH), que serán utilizadas en la fase posterior.Fase oscura
En la que se utilizan el ATP y NADPH formados en la fase anterior para transformar, mediante el ciclo de Calvin, CO2 atmosférico (carbono inorgánico) en sustancias orgánicas de todo tipo, como glúcidos, ácidos grasos, aminoácidos, … RIBOSOMAS Son estructuras formadas por ARNr y proteínas que constan de dos subunidades de diferente tamaño, unidas dejando un surco entre ambas por el que se unirán al ARNm. Se pueden encontrar: Libres en el citosol, Adheridos a la membrana nuclear externa o libres. Su función es realizar la fase de traducción durante la síntesis proteica y construir la proteína correspondiente. CENTROSOMA Son exclusivos de células animales. Está formado por un par de centríolos, rodeados de un material pericentriolar y unas fibras del éster.Las funciones que realiza este orgánulo en las células animales se relacionan con la formación del huso acromático durante la división celular, la constitución de estructuras móviles para dotar de movilidad a algunas células. CILIOS Y FLAGELOS Son estructuras derivadas de los centríolos situadas en la superficie celular, e implicados en la locomoción de las células. EL NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo ocupa una porción variable del espacio celular, el número de núcleos es variable. Consta de varios elementos estructurales:
Envoltura nuclear
Formada por una doble membrana, que contiene en su interior un espacio intermembranal que se continúa con el lumen del RE.Poros nucleares
Son estructuras dinámicas en número variable que aparecen y desaparecen. Cada uno de ellos está formado por un complejo de poro.Cromatina
Constituida por el conjunto de ADN e histonas.
Nucleoplasma y Nucléolo.
EL NÚCLEO MITÓTICO Durante la división celular el núcleo cambia de fisionomía al desintegrarse la membrana nuclear y condensarse la cromatina, dando lugar a los cromosomas.
LOS CROMOSOMAS El número de cromosomas de un organismo es constante para cada especie, salvo en las células germinales o sexuales, que tras un proceso de meiosis reducen su número a la mitad. La gran mayoría son organismos diploides (2n).
EL CICLO CELULAR Fase G1:
Se produce la síntesis de proteínas necesarias tras la división celular y el crecimiento de las estructuras y orgánulos celulares necesarios para el correcto desarrollo de la vida de la célula.
Fase G0
Permanecen y en la que entran inmediatamente después de la mitosis, manteniéndolas “aparcadas” sin que se dé en ellas un nuevo proceso de división celular.Fase S
En la que se produce la síntesis o replicación del ADN destinado a ser distribuido a las células hijas cuando se produzca el siguiente proceso de división mitótica. También se sintetizan las nuevas histonas, dando como resultado una copia.Fase G2
En ella todo se prepara para la inminente división celular y se sintetizan todas aquellas proteínas necesarias para que se dé la mitosis.Fase M
O de mitosis, en la que se produce la división celular en dos células hijas idénticas. LA MITOSIS PROFASE:La cromatina se condensa y espiraliza mucho dando lugar a los típicos cromosomas.Surgen unas fibras polares, comenzando a formarse el huso acromático.
La membrana nuclear y el nucléolo dejan de ser visibles.
METAFASE:
Los cromosomas ya están en su máximo grado de condensación y son perfectamente visibles. Los cromosomas forman la llamada placa ecuatorial.Contribuye a ello el crecimiento sincrónico de las fibras polares.
ANAFASE:
Las dos cromátidas de cada cromosoma comienzan a separarse hacia cada polo.Finalmente, las cromátidas de cada cromosoma se separan por el centrómero y migran hacia cada polo, formándose dos grupos de cromátidas en cada polo celular.TELOFASE:
Desaparecen los microtúbulos cinetocóricos.Reaparecen los nucléolos y los cromosomas se empiezan nuevamente a descondensar y reaparece la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas formándose nuevamente el núcleo y también los nucléolos.Finalmente tiene lugar la citocinesis.LA MEIOSISPRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA: PROFASE I.
La más larga de todo el proceso y en la que ocurren los acontecimientos más significativos:
LEPTOTENA
La cromatina se condensa y espiraliza. Los cromosomas se unen extendidos a la placa de uníón del interior de la membrana nuclear por sus extremos.ZIGOTENA, PAQUITENA:
Ocurre el sobrecruzamiento = recombinación génica.
DIPLOTENA
Los cromosomas homólogos permanecen levemente unidos por los puntos de intercambio dónde se ha producido sobrecruzamiento, llamados quiasmas.DIACINESIS
Los cromosomas, sin haberse separado aun totalmente, se condensan y espiralizan al máximo.METAFASE I
Desaparecen completamente ya la membrana nuclear y el nucléolo. Los bivalentes se colocan en el centro de la célula formando la llamada placa ecuatorial.ANAFASE I
Los cromosomas comienzan a separarse hacia cada polo, cada cromosoma se separa de su homólogo.TELOFASE I
Los cromosomas se empiezan a descondensar ligeramente. Reaparece la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas. Finalizada la telofase I tiene lugar la citocinesis. METABOLISMO Está constituido por todo el conjunto de reacciones bioquímicas, reacciones metabólicas, que se producen en un ser vivo para realizar sus funciones vitales. Estas se relacionan de modo que el producto de una reacción sirve de sustrato de la siguiente y así sucesivamente. El conjunto del metabolismo está formado por reacciones de dos tipos distintos:Catabólicas, las que realizan la degradación, mediante oxidación, para obtener energía (ATP) de ellas, por lo que se consideran exergónicas.
En ocasiones generan capacidad reductora en forma de coenzimas (NADH, NADPH, FADH,…). Son ejemplos la glucólisis o la β-oxidación de ácidos grasos.
Anabólicas, las que realizan la síntesis de sustancias, mediante reducciones, a partir de otras más sencillas, para lo que necesitan energía (ATP) y por lo tanto se consideran endergónicas.
Necesitan aportación de protones a partir de coenzimas (NADH, NADPH, FADH,…). Es un ejemplo el ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis) o la gluconeogénesis.
En general, las reacciones metabólicas son irreversibles y están catalizadas por enzimas específicas.
CATABOLISMO Además de energía en forma de moléculas de ATP o GTP, se obtienen sustancias con capacidad reductora, que en muchos casos se incorporan a procesos posteriores que acaban transformándolas también en energía. GLUCÓLISIS La glucólisis es una ruta metabólica que se produce en el citosol, sin intervención del oxígeno en ningún momento, que degrada una molécula de glucosa hasta convertirla en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato), con un rendimiento de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.
Es un proceso universal ya que aparece en prácticamente todos los seres vivos. C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O FERMENTACIONES Fermentación láctica:
Consiste en que el piruvato formado por glucólisis se reduce, mediante la oxidación del NADH a NAD, en ácido láctico (lactato) mediante la acción de la enzima lactato-deshidrogenasa.
Fermentación alcohólica o etílica
El ácido pirúvico formado por glucólisis se transforma mediante una descarboxilación en acetaldehído y este se reduce a etanol (con la consiguiente oxidación del NADH a NAD) mediante la actividad de la enzima alcohol-deshidrogenasa. RESPIRACIÓN AEROBIA Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, Ciclo de Krebs, Cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria y Fosforilación oxidativa.ANABOLISMO El anabolismo es una parte del conjunto de reacciones del metabolismo que realiza la síntesis de moléculas utilizando la energía y las moléculas con capacidad reductora generadas mediante las reacciones del catabolismo, vistas en el tema anterior. Dentro de los procesos anabólicos vamos a ver los procesos de fotosíntesis y quimiosíntesis.
FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA La fotosíntesis transcurre en los cloroplastos y consiste en la captación de energía lumínica y su utilización para la obtención de energía química (ATP) y de moléculas reductoras (NADPH). Esto constituye la llamada fase lumínica.
La fase oscura, independiente de la luz, consiste en un conjunto de reacciones que utilizan la energía y la capacidad reductora generadas en la fase anterior para incorporar carbono inorgánico (CO2 ambiental) a moléculas orgánicas. Esta fase oscura transcurre en el estroma del cloroplasto.
FASE LUMÍNICA Pigmento fotosintético:
Son sustancias derivadas de los isoprenoides que se encuentran en las membranas de los tilacoides, capaces de absorber la luz.
“complejos antena”, moléculas de clorofila que se excitan al captar fotones, transfiriendo un electrón a la molécula contigua, que pasa de un estado de reposo a excitado. Fotosistema:
Fotosistema I
Situados en los tilacoides.Fotosistema II
Situados en la grana. 680 nm FOTOFOSFORILACIÓN NO CÍCLICA También llamada esquema en “Z”, Se inicia con la fotólisis del agua, proceso provocado por la luz en el que la molécula de agua se rompe y se separan dos electrones. La ec. Global de la fase lumínica:2 H2O + 2 NADP + 3 ADP +3 Pi → O2 + 2 NADPH + 3 ATP + 2 H+ FASE OSCURA o CICLO DE CALVIN En esta fase se utilizarán los productos obtenidos en la fase anterior para la asimilación y reducción del carbono procedente del CO2 y sintetizar glúcidos. El proceso tiene lugar en el estroma del cloroplasto mediante un proceso cíclico llamado ciclo de Calvin.
La ec. Global de la fase oscura: 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP + 12 H+→ C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP + 18 ADP + 18Pi. Si nos referimos a todo el conjunto del proceso fotosintético, la ecuación global que lo representa sería la siguiente: 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2. FOTORRESPIRACIÓN EN PLANTAS C3 Cuando la rubisco actúa con función oxigenasa no capta CO2, sino que capta O2. Esto supone que el rendimiento fotosintético disminuye y supone una pérdida de efectividad fotosintética del 50%.
Existe un grupo de vegetales, las plantas C4 (maíz, caña de azúcar, grama, sorgo, amaranto, quinoa,…), evitan que la rubisco actúe con función oxigenasa. Suelen ser plantas de climas calurosos, que deben mantener cerrados los estomas durante el día para evitar la pérdida de vapor de agua. FOTOSÍNTESIS BACTERIANA ANOXIGÉNICA La realizan las bacterias fotosintéticas sulfúreas rojas y verdes.
Los pigmentos fotosintéticos, bacterioclorofilas, se sitúan en la cara interna de la membrana celular. IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS Y FACTORES QUE LA CONDICIONAN IMPORTANCIA:
Produce el oxígeno, produce ozono, reduce el nivel de dióxido de carbono y el efecto invernadero y constituye una importante fuente de energía.
Factores que condicionan:
Concentración de CO2 ambiental
La actividad fotosintética aumenta al aumentar la concentración de CO2 ambiental, hasta un valor máximo después cte.Concentración de O2 ambiental
La actividad de la enzima rubisco decrece cuando aumenta la concentración de O2Humedad del suelo y el aire:Al disminuir la humedad disminuye la actividad fotosintética.
Temperatura
Al aumentar hasta alcanzar un valor óptimo, aumenta el rendimiento de la fotosíntesis.Luminosa
Al aumentar la intensidad de la luz aumenta la actividad de la fotosíntesis.Tipo de luz
En función de la longitud de onda de la luz se activarán unos u otros fotosistemas.
ANABOLISMO QUIMIOAUTÓTROFO: QUIMIOSÍNTESIS La clasificación de estos organismos se realiza en función del sustrato que oxidan:
Bacterias del nitrógeno
Nitrosomonas
NH4+ + NAD+à NO2- + NADH Y las bacterias nitrificantes y Nitrobacter:
NO2- + NAD+à NO3- + NADH ANABOLISMO QUIMIOHETERÓTROFO Las principales rutas de este anabolismo son:
Gluconeogénesis, Biosíntesis de polisacáridos, Biosíntesis de ácidos grasos, Biosíntesis de triacilglicéridos, Biosíntesis de aminoácidos, Biosíntesis de bases nitrogenadas.
MUTACIONES Alteraciones al azar del material genético. CLASIFICACIÓN à Somáticas y Germinales;
Génicas
Mut. En la secuencia de nucleóticos (por sustitución de bases o por pérdida o inserción de nucleótidos, Causas:Por errores de lectura, cambios tautoméricos, cambios de bases o lesiones, despurinización, desaminación, dimerización de la Timina o transposición REPARACIÓN:
Con/sin escisión) ;
Cromosómicas
Mut. En secuencias de genes (por delección, duplicación, inversión o translocación;DETECCIÓN
Bandeo cromosómico o estudio de los emparejamientos) y Genómicas:Mut. En cromosomas( ANEUPLOIDÍAS [nulisomía, monosomía, disomía, fusión o fisión céntrica y segregación errónea] EUPLOIDÍAS [monoploidía y haploidía o poliploidía]. Mut. Naturales o Mut. Inducidas.
LOS
AGENTES
MUTAGÉNICOS
Factores que aumentan la aparición de mutaciones: pueden ser físicos (ionizantes o no ionizantes) o químicos (en las bases nitrogenadas, en la intercalación de moléculas o por la sustitución de una base por otra análoga) Los genes causantes del cáncer se denominan oncogenes. ERRAMIENTAS MOLECULARES VECTORES DE CLONACIÓN:
los vectores son las moléculas que se utilizan para realizar el transporte del ADN que permita hacer llegar los fragmentos seleccionados a clonar al huésped que corresponda. Los más comunes en procariotas son los plásmidos bacterianos, bacteriófagos, cósmidos.
En eucariotas se suelen utilizar virus.
CÉLULAS Huésped
Las receptoras del ADN manipulado. TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN DEL ADN LOCALIZACIÓN DE GENES MEDIANTE HIBRIDACIÓN:se utiliza para localizar sobre un cromosoma el lugar dónde se encuentra un determinado gen.
SECUENCIACIÓN DEL ADN
Consiste en técnicas para secuenciar fragmentos o incluso el total del ADN, es decir para obtener su secuencia de bases nitrogenadas.REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR):
permite amplificar y obtener de forma rápida grandes cantidades de ADN a partir de una pequeña muestra inicial, como es la reacción en cadena de la polimerasa o PCR. Utiliza para ello la enzima ADN polimerasa, con lo que consigue llegar a crear “in vitro” y en poco tiempo, decenas de miles de copias de la molécula de ADN original de doble hélice.APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Tiene una aplicación instrumental en el campo de la investigación y también en el de la biotecnología, es decir en la utilización de organismos modificados genéticamente (OGM)
mediante ingeniería genética, en procesos industriales beneficiosos para el hombre. En investigación científica:
Amplificación de la síntesis de proteínas, Construcción de ARN sintético, Construcción de ADN sintético, APLICACIONES MÉDICAS: Producción de proteínas recombinantes de mamíferos, Producción de vacunas recombinantes, Diagnóstico de enfermedades genéticas, Terapia génica u Obtención de organismos transgénicos APLICACIONES AGRÍCOLAS: Obtener plantas resistentes a herbicidas, Obtener plantas resistentes al ataque de insectos, Obtener plantas resistentes a infecciones por microorganismos, Obtener plantas con carácterísticas que mejoren el producto.
MICROBIOLOGÍA, CONCEPTO Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS Podemos considerar microorganismos los integrantes del reino
Moneras, es decir las bacterias (arqueobacterias y eubacterias), del reino
Protistas (protozoos, algas unicelulares y hongos mucosos) y los hongos unicelulares.
También los agentes acelulares, como virus, viroides y priones.
La microbiología estudia a todos ellos, entre los que se encuentran los denominados microorganismos patógenos, responsables de una gran cantidad de las enfermedades más graves que afectan a seres humanos y animales y plantas en general. MICROORGANISMOS DEL REINO MONERAS En todos los casos, estas formas parasexuales han influido enormemente en la gran diversidad evolutiva que aparece en las bacterias, dado que al añadir más ADN al presente en el cromosoma original, aumentan la variabilidad de los individuos. Finalmente las arqueobacterias tienen carácterísticas atípicas del resto de las bacterias, como es la ausencia de peptidoglicano en su pared, o la presencia de moléculas de isopreno en lugar de ácidos grasos. En algunas, como las hipertermófilas, las cadenas laterales hidrofóbicas de cada lado de la membrana se unen covalentemente formando una monocapa para resistir mejor las altas temperaturas. Son también arqueobacterias las halófitas (soportan medios hipersalinos) o las metanógenas (productoras de metano en ausencia de oxígeno). MICROORGANISMOS DEL REINO PROTOCTISTAS Los protozoos son eucariotas aerobios y heterótrofos, aunque hay algunos fotosintéticos, sin pared celular, móviles por distintos medios, algunos de vida libre y otros parásitos y patógenos, reproducción asexual es por escisión y pueden presentar reproducción sexual bajo ciertas condiciones adversas. También pueden originar formas de resistencia, en forma de quistes o esporas que se rodean de una gruesa capa de protección frente al exterior. Hay cuatro grupos:
Flagelados o euglenozoos:
Con uno o más flagelos para desplazarse. De vida libre y parásitos como Trypanosoma (enfermedad del sueño) o Leishmania (leishmaniasis).
Sarcodinos, rizópodos o amebozoos:
Con movimiento ameboide mediante pseudópodos. Algunos con vida libre como los que forman el plancton: foraminíferos (caparazón de carbonato cálcico), o radiolarios (caparazón de silicio). Algunos parásitos, como la Entamoeba (disentería amebiana).
Esporozoos
Normalmente inmóviles en su madurez. Todos son parásitos estrictos de animales superiores, como Plasmodium (malaria o paludismo) o Toxoplasma (toxoplasmosis).Ciliados o cilióforos:
Con movimiento mediante cilios, por los que están recubiertos. Con reproducción sexual muy peculiar mediante conjugación. Un ejemplo es Paramecium. Las algas unicelulares son microorganismos fotolitótrofos. Poseen normalmente pared celular de celulosa y gran variedad de sustancias de reserva energética, que en algunos casos es el almidón, como en las plantas. Se clasifican en:
euglenofitas, clorofitas, crisofitas y pirrofitas.
MICROORGANISMOS DEL REINO HONGOS Son eucariotas unicelulares o pluricelulares talofíticos heterótrofos, muchos de ellos parásitos de organismos superiores, y otros saprofitos y simbiontes, que se encuentran en todos los medios. Poseen pared celular, aunque con una composición a base de quitina, y forman filamentos llamados hifas, que en su conjunto constituyen un micelio.
Dentro de los microorganismos del reino hongos nos encontramos dos grupos:
Ascomicetos
Que comprenden los mohos y las levaduras.Los mohos presentan hifas tabicadas en su micelio, podemos citar a Penicillium o Neurospora. Una de las levaduras más conocidas y utilizadas es Saccharomyces cerevisae, esta es precisamente una de las más importantes desde el punto de vista económico e industrial, ya que se utiliza para fabricar vino, cerveza o pan (recuerda la fermentación alcohólica).
Mucormicetos
Formados por hifas no tabicadas en su micelio, como Rhizopus nigricans, el moho del pan. RELACIONES BIÓTICAS DE LOS MICROORGANISMOS Parasitismo:En la que un microorganismo (parásito) obtiene un beneficio de otro ser vivo (huésped), causándole daños o enfermedades carácterísticas, en cuyo caso al parásito se le considera patóge no.
Simbiosis
Dos organismos (simbiontes) se benefician mutuamente de la relación establecida entre ellos. Algunas son obligatorias.Saprofitismo
Son saprófitos los microorganismos que se alimentan de la materia orgánica muerta (cadáveres y excrementos). Son importantísimos en el reciclaje. ENFERMEDADES INFECCIOSAS Infección:Es la invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos, lo que le provoca algún tipo de enfermedad.
Enfermedad infecciosa:
Enfermedad provocada por un microorganismo capaz de provocar una infección.
Microorganismo patógeno:
Todo aquel microorganismo capaz de provocar una enfermedad infecciosa.
Virulencia
Capacidad infectiva de un microorganismo. A mayor virulencia, mayor violencia en la actividad del patógeno y por lo tanto mayor gravedad de la infección.Microorganismo oportunista:
Aquel que no es patógeno en condiciones habituales pero que cuando el sistema inmunológico está debilitado puede multiplicarse y extenderse, pudiendo llegar a provocar enfermedades.
Epidemia
Se produce cuando una cierta enfermedad infecciosa aparece en un número muy elevado de individuos en una determinada regíón, en un corto espacio de tiempo.
Endemia
La que está permanentemente presente en una determinada regíón o población aunque generalmente con baja incidencia, como la malaria en algunas zonas de África.Pandemia
Es una epidemia ampliamente distribuida, es decir que afecta a nivel global a grandes regiones o incluso a nivel mundial, como el Sida.Zoonosis
Enfermedades infecciosas propias de vertebrados no humanos que puede ser transmitidas al hombre, como la gripe porcina, la rabia. Existen diferentes formas de contagio:Por objetos inertes, Por el agua que bebemos, Por la ingestión de alimentos contaminados por microorganismos patógenos, Por el aire, Por vectores de transmisión o Enfermedades de transmisión sexual (ETS).
MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS Físicos:
El más utilizado es la aplicación de calor, tanto seco (llama incandescente, horno,…) como húmedo, de mayor eficacia (autoclave). También son utilizadas las radiaciones electromagnéticas ionizantes y no ionizantes (microondas, rayos X, rayos gamma, luz ultravioleta, electrones,…) y en ciertos casos de esterilización de líquidos y gases, los filtros con poros calibrados que no permiten pasar los microorganismos.
Químicos
Mediante sustancias naturales o sintéticas con carácter desinfectante o antiséptico, que pueden bien matar los microorganismos (efecto bactericida, viricida, fungicida,…) o bien inhibir su crecimiento (efecto bacteriostático, viristático, fungistático,…). Un caso especial son los antibióticos, de origen natural, fabricados por algunos microorganismos que resultan tóxicos para ciertas bacterias pero no para el huésped. Un caso especial de proceso físico es la pasteurización.Esto permite que el tiempo de conservación de un alimento se alargue considerablemente sin que pierda necesariamente sus propiedades. Lo desarrolló Louis Pasteur, que lo utilizó para controlar el deterioro del vino. El proceso tal como él lo propuso consiste en aumentar la temperatura del alimento hasta los 72ºC durante sólo 15 segundos. Actualmente se utiliza mucho una derivación de ese método llamado sistema UHT que eleva la temperatura hasta los 135-150ºC durante sólo 1 a 3 segundos Los cultivos microbianos cerrados, es decir aquellos a los que no se les añaden posteriormente más nutrientes más que los se incluyeron al principio del proceso, sufren un crecimiento en cuatro fases:
Fase de latencia o adaptación
En la que no se observa un crecimiento significativo de la población al encontrarse en proceso de adaptación inicial.Fase de crecimiento exponencial
En la que el crecimiento es logarítmico muy rápidamente, una vez superada la adaptación.Fase estacionaria
En la que el crecimiento se estabiliza en un valor constante, debido a que los nutrientes presentes en el medio (como ya hemos dicho es cerrado) se comienzan a agotar. Al mismo tiempo se acumulan sustancias de desecho de los microorganismos en cantidades que comienzan a ser tóxicas para ellos mismos.Fase de muerte
En la que el número de ejemplares decrece rápidamente sin que haya reposición por el agotamiento total de los recursos y el envenenamiento del medio.VIRUS Son organismos microscópicos muy pequeños, mucho más que una bacteria, con una organización acelular, no realizan las funciones básicas carácterísticas de los organismos celulares. En cuanto a la función de relación, sí se relacionan con otros seres vivos, esta vez celulares, siempre para parasitarlos. Aparecen en dos estados:
Extracelular, llamado virión o partícula viral, que es inerte por sí misma. Necesita de una célula huésped a la que infectar y luego parasitar para replicarse.
Intracelular, es la forma que se obtiene cuando el virión ya ha infectado a una célula y él al completo o su material nucleico se encuentra en el interior celular. La composición de los virus es muy simple, están formados por una cápsida proteica formada por capsómeros, que contiene en su interior un fragmento no muy grande de un ácido nucleico (ADN o ARN mono o bicatenario). Puede ocurrir que sobre la cápsida aparezca una envoltura membranosa que realmente consiste en restos de la membrana de células infectadas anteriormente. En los retrovirus, se han identificado proteínas retrotranscriptasas que realizan la transcripción inversa desde el ARN vírico hasta ADN para que este se inserte en el ADN huésped.
Su clasificación se puede realizar según diferentes criterios: Según el tipo de organismo al que infecta y parasita: virus animales, virus vegetales y bacteriófagos o fagos, que infectan a bacterias. Según el material genético que contienen: ADN-virus, con cadenas de ADN sencillas (bacteriófago M13,...) o dobles (adenovirus); ARN-virus, también con cadenas sencillas (virus de la rabia, gripe, VIH, y retrovirus en general,...), o con cadenas dobles (reovirus, picornavirus,...). El criterio de clasificación más extendido es el que atiende a la forma de la cápsida:
Icosaédricos
Con forma de poliedro de 20 caras, de aspecto casi esférico. Normalmente con ARN monocatenario. Son ejemplos el virus de la polio.Helicoidales
En forma de bastón alargado que contiene el material genético en su interior, normalmente ARN monocatenario. En el exterior aparecen los capsómeros colocados formando un enrollamiento helicoidal. Son ejemplos el virus de la rabia.Virus complejos
Con una suma de las estructuras anteriores. En su forma extracelular los viriones no pueden replicarse, precisan de una célula huésped en la que, mediante la maquinaria replicativa y de expresión de los genes de esa célula, producen copias de su material genético y de las proteínas que componen su cápsida. Estos elementos son ensamblados en el interior de la célula y salen al exterior para infectar nuevas células. El ciclo replicativo de los virus puede seguir dos vías diferentes:Ciclo lítico
En el que los virus después de la infección producen rápidamente nuevos viriones, con la consiguiente lisis celular:Entrada del virus en la célula huésped
adsorción, en la que las espinas caudales o la envoltura membranosa del virus y la célula huésped entran en contacto físico, la penetración, por la que el material genético vírico es inyectado al interior de la célula huésped. De haberse producido la entrada del virión completo, con su cápsida, es preciso que se produzca en el interior la descapsidación.Eclipse:
tiene lugar la replicación del material genético y síntesis de las proteínas víricas. Las proteínas de la cápsida siempre se sintetizan en el citosol. La replicación del material genético tiene lugar en el citosol si es ARN-virus. En el caso de los ADN-virus que infectan a células eucariontes, la replicación tiene lugar obviamente en el núcleo.
Maduración y ensamblaje
Una vez fabricados en la célula huésped los elementos que componen estructuralmente a los virus, se produce su ensamblaje.Liberación
Posteriormente tiene lugar la liberación de los nuevos virus mediante la lisis celular. Es en este momento cuando los virus adquieren la envoltura membranosa que los recubrirá.Ciclo lisogénico
Se produce en algunos bacteriófagos o virus atenuados todos con ADN. Tiene lugar la integración del ADN del virión en el ADN celular en forma de profago o provirus, que puede permanecer en forma latente durante mucho tiempo. Esto implica que cuando la célula se divida normalmente, lo hará con el ADN vírico incluido, por lo que todas las células obtenidas lo llevarán en su genoma y la infección se amplificará enormemente. Cuando algún factor externo hace salir de ese estado de latencia al profago, se pone fin a este estado y se produce la activación del profago, iniciándose un ciclo lítico. MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS En los ecosistemas, los microorganismos se encuentran en todos los niveles tróficos:Microorganismos productores
Fotoautótrofos como cianobacterias y algas, y quimioautótrofos como por ejemplo bacterias oxidantes del azufre.Microorganismos descomponedores
Heterótrofos que se alimentan de detritos orgánicos procedentes de otros seres vivos del ecosistema. Principalmente hongos y bacterias. Son muy importantes puesto que reciclan la materia orgánica a inorgánica.Microorganismos simbióticos
Que viven asociados a otros seres vivos , como las bacterias Rhizobium (en los nódulos de las raíces de plantas leguminosas), los líquenes (alga y hongo) o las micorrizas (planta y hongo). CICLO DEL CARBONO Los principales acontecimientos que tienen lugar en este ciclo son los siguientes:Reducción del CO2
Los productores autótrofos incorporan el CO2 en la materia orgánica mediante fotosíntesis oxigénica (cianobacterias y algas unicelulares) o anoxigénica (bacterias sulfurosas rojas y verdes), o mediante quimiosíntesis (bacterias quimiosisntéticas).Respiración:
Oxidación del carbono orgánico generado nuevamente hasta CO2, mediante la respiración aerobia o anaerobia, por los propios organismos productores y por los consumidores, para obtener energía.Descomposición
Los organismos descomponedores (bacterias y hongos) utilizan el carbono orgánico de la materia orgánica en descomposición y excrementos y lo regeneran a su forma oxidada, es decir CO2, mediante la respiración aerobia o mediante fermentaciones.CICLO DEL NITRÓGENO Fijación y amonificación (reducción) del nitrógeno:
Reducción del gas nitrógeno a ion amonio (amoniaco) por bacterias fijadoras del nitrógeno (Azotobacter, Cianobacterias, Bacillus, Clostridium, Rhizobium,…).
Nitrificación
Conversión, mediante bacterias aerobias, del amoniaco a nitritos (Nitrosomonas, Nitrosoccocus,…) y de nitritos a nitratos (Nitrobacter,…)Reducción fotosintética del nitrógeno
Microorganismos autótrofos incorporan los nitratos a la materia orgánica en forma de aminoácidos.Amonificación
Los compuestos orgánicos se degradan hasta amoniaco mediante bacterias amonificantes del género Bacillus.Desnitrificación
Proceso de conversión, mediante respiración anaerobia, de los nitratos en gas nitrógeno, que se libera nuevamente a la atmósfera, mediante las bacterias desnitrificantes (Pseudomonas, Microccocus,…). INDUSTRIA ALIMENTARIA Fermentación láctica:Para la elaboración de derivados de la leche, como el yogurt, cuajada, kéfir, etc. En el caso del queso debe realizarse una primera fase de fermentación por bacterias (géneros Lactobacillus y Streptococcus) o por la acción de enzimas proteolíticas cuajo. Esta masa se deshidrata y se posteriormente se somete a una curación por la acción de algunos hongos (Penicillium) que actúan sobre ella.
Fermentación alcohólica
Para la elaboración de bebidas como el vino, cerveza, sidra,… y también del pan. El pan se obtiene por la fermentación de una masa obtenida con harina, agua y sal mediante la levadura Saccharomyces cerevisae. La liberación de dióxido de carbono provoca que la masa se espoje al quedar atrapadas en ella las burbujas de CO2. El alcohol producido se pierde en la cocción. El vino también se produce con la misma levadura, aunque en este caso son los azúcares presenten en el mosto de la uva los que son fermentados para producir la bebida alcohólica. La cerveza utiliza las semillas de cebada, previamente germinadas, para realizar el mismo proceso. Después de mezclarlo con lúpulo, se produce la fermentación por Saccharomyces cerevisae. INDUSTRIA FARMACÉÚtica Antibióticos:Para combatir infecciones bacterianas. Alexander Fleming descubríó la penicilina en 1929 a partir de cepas del hongo Penicillium. Algunos antibióticos se obtienen sin embargo a partir de bacterias, como el género Streptomyces, de las que se obtienen la estreptomicina.
Vacunas
Como medida preventiva ante algunas enfermedades infecciosas. Louis Pasteur en 1885 obtuvo la vacuna contra la rabia.Sueros u Otras sustancias
Como hormonas (insulina);factores de coagulación sanguínea (tratar la hemofilia);
Enzimas
vitaminas, aminoácidos…
SISTEMA INMUNITARIO El sistema inmunitario de los vertebrados es uno de los más complejos y sofisticados en los animales. Su misión principal consiste en repeler los gérmenes patógenos y destruir los agresores procedentes del exterior o del interior del organismo tratando siempre de mantener un equilibrio entre células propias y ajenas. El sistema inmunitario es también el responsable del rechazo en los injertos o trasplantes.
A veces se altera la percepción de lo propio considerándolo extraño por lo que se producen enfermedades autoinmunes (esclerosis múltiple etc). Son conceptos básicos en la inmunología:
Antígeno
Sustancia capaz de provocar una respuesta inmunitaria específica. Son detectadas como extrañas y contra las cuales fabrica anticuerpos.Anticuerpo
Son las sustancias elaboradas por el sistema inmunológico para unirse de forma específica a cada determinante antigénico, denominadas también inmunoglobulinas (Ig).DEFENSAS PRIMARIAS O BARRERAS PASIVAS Sistemas muy eficaces para una protección inmediata, son las defensas externas o barreras pasivas que actúan de forma no específica contra cualquier microorganismo o sustancia extraña. Se agrupan en cuatro categorías:
Estructurales
Recubren al organismo e impiden el acceso de patógenos (piel y mucosas).Mecánicas
Sistemas que facilitan el arrastre y la expulsión de los patógenos para evitar que se fijen (cilios que tapizan las vías respiratorías etc).Bioquímicas
Secreciones que contrarrestan o neutralizan la acción de agentes patógenos (lisozima en saliva).Biológicas o ecológicas:
Asentamiento de microorganismos con una relación mutualista con el hospedador. Las defensas externas:
Piel, Mucosas, Flora bacteriana autóctona.
DEFENSAS CELULARES SECUNDARIAS O INESPECÍFICAS Es el sistema inmunitario innato.
Este sistema actúa de forma inespecífica, con mucha rapidez contra cualquier agente extraño. No cuenta con memoria inmunológica. Comprende cuatro tipos de defensas:
fagocitosis, reacción inflamatoria, sistema de complemento e interferonas.
FAGOCITOSIS Los fagocitos son un tipo de leucocitos que se oríginan en la médula ósea roja y forman la serie mieloide, con capacidad fagocitaría, destruyendo sustancias extrañas y células envejecidas, rodéándolas con pseudópodos para luego digerirlas. Se distinguen cuatro tipos de fagocitos:
Monocitos:
salen de los capilares sanguíneos hacia los tejidos circundantes. Si aumentan su tamaño y su capacidad fagocitaría se transforman en macrófagos.Si, permanecen inmóviles en el tejido al que llegan se les denomina histiocitos.
Micrófagos:
son los más abundantes y con mayor actividad fagocitaría. Producen sustancias antimicrobianas que matan a los microorganismos.Basófilos:
actúan en procesos alérgicos e inflamatorios, conjuntamente con los mastocitos del tejido conectivo.Eosinófilos
Actúan en las infecciones provocadas por parásitos intracelulares. Los fagocitos deben activarse previamente. Esa uníón se ve favorecida por las opsoninas.Las bacterias recubiertas por ellas, y por lo tanto marcadas, es decir opsonizadas, serán fagocitadas con mayor facilidad. Los primeros fagocitos son los histiocitos, fagocitos inmóviles, situados en el mismo tejido invadido. No tienen gran capacidad fagocítica y rápidamente dan paso a los micrófagos.
Seguidamente acuden los macrófagos, móviles y con gran actividad fagocítica. Con la emisión de pseudópodos e ingestión del antígeno, el microorganismo muere. Posteriormente se producirá la eliminación de los restos que forma el pus supurado por las heridas infectadas. REACCIÓN INFLAMATORIA Los mecanismos desencadenantes de la respuesta inflamatoria actúan mediante sistemas de activación en cascada. Los síntomas carácterísticos de la inflamación son:
rubor, calor, tumefacción y dolor.
La reacción inflamatoria se desarrolla en cuatro etapas:
Producción del estímulo y Liberación de sustancias mediadoras de la inflamación
Factores de estimulación de la fagocitosis, Leucotrienos, Histamina y bradiquinina, que aumentan también la permeabilidad de los capilares sanguíneos y estimulan las terminaciones.
Prostaglandinas, que son vasodilatadores de los capilares.
Citocinas e interferonas, activan a algunos linfocitos.
Actuación de los mediadores de la inflamación sobre los capilares sanguíneos de la regíón afectada, provocando vasodilatación, aumento de los leucocitos circulantes en la zona, aumento de la permeabilidad capilar, activación de los fagocitos y quimiotactismo (atracción) sobre estos.
SISTEMA DE COMPLEMENTO El sistema de complemento lo forman un conjunto de unas 30 proteínas del suero sanguíneo que tienen la función de complementar y potenciar la acción de los anticuerpos. Al mecanismo de actuación del complemento se le denomina fijación del complemento.
Inicialmente las proteínas del complemento se encuentran inactivas y disueltas:
Vía clásica, (implicada en la inmunidad celular específica): el complemento se activa por la presencia del complejo antígeno‑anticuerpo.
Vía alternativa, (implicada en la inmunidad celular inespecífica), el complemento se activa directamente ante la presencia del antígeno, en ausencia total de anticuerpos específicos. Cualquiera de las dos vías confluye finalmente en la vía terminal del complemento, por la que se forma el complejo de ataque a membranas.
. INTERFERÓN Son proteínas no específicas liberadas por las células atacadas por un virus, que tienen la propiedad de proteger a otras células sanas de nuevas infecciones víricas. Su acción se desarrolla sobre las células, a las que dota de resistencia frente a cualquier tipo de virus. Dos niveles: Evita la replicación vírica en las células todavía sanas y favorece la destrucción de las ya infectadas. Activa los macrófagos y los linfocitos B y regula la síntesis de anticuerpos. DEFENSAS CELULARES TERCIARIAS O ESPECÍFICAS Cuando los mecanismos de defensa inespecíficos resultan insuficientes, se activa el sistema de defensa específico o lo que llamamos respuesta inmunitaria.
Es el sistema inmunitario adaptativo, presente sólo en los animales vertebrados. Se dirigen únicamente hacia cada tipo concreto de antígeno, actuando de una forma más lenta. Además presentan capacidad de memorización del antígeno.
Muestra tolerancia inmunológica, es decir, es capaz de diferenciar las moléculas propias de las extrañas, lo que le permite dirigir el ataque sólo contra las ajenas. Las defensas específicas se basan en el reconocimiento selectivo de los determinantes antigénicos de la superficie del microorganismo patógeno. Una vez que el sistema inmunitario reconoce el antígeno, lanza contra él dos tipos de respuestas, que actúan de modo secuencial, en las que las células implicadas son los linfocitos:
La respuesta celular, llamada también inmunidad celular, mediada por células y sin producción de anticuerpos, mediada por los linfocitos T que destruyen los microorganismos portadores de dicho antígeno y las células propias en el caso de estar infectadas por ellos, fundamentalmente en la infección vírica. La respuesta humoral, llamada también inmunidad humoral, mediada por anticuerpos que son sintetizados por los linfocitos B, liberados a la sangre y repartidos por todo el cuerpo para unirse con el antígeno que provocó su producción. En esta acción coopera el sistema de complemento, que ayuda a destruir al microorganismo invasor. LINFOCITOS Los linfocitos son los leucocitos de la serie linfoide.
A diferencia de los otros leucocitos, pueden reconocer antígenos concretos y producir una respuesta específica muy efectiva contra ellos. Todos los linfocitos proceden de células de la médula ósea roja, llamadas células Stem, a partir de las cuales se originan los linfoblastos.
Posteriormente, los linfoblastos sufren un proceso de diferenciación o maduración, y según el lugar donde transcurra hay dos tiopos:
LINFOCITOS T
Proceden de linfoblastos que migran de la médula ósea al timo, donde se produce la maduración. Son los responsables de la inmunidad celular y actúan contra células alteradas. Hay varias clases de linfocitos T:Linfocitos TH (linfocitos T4): actúan en primer lugar, por lo que son los responsables del desencadenamiento de la respuesta inmunitaria. Se activan cuando un macrófago, tras fagocitar al microorganismo, coloca algún fragmento de este con actividad antigénica sobre su membrana, junto con los antígenos de histocompatibilidad propios y se lo “enseña” al linfocito TH.
El reconocimiento del antígeno, junto con la acción de la interleucina 1 (IL1), una sustancia segregada por los macrófagos, activan la proliferación del clon (tipo) de linfocitos TH que poseen en su membrana el receptor específico de dicho antígeno. A su vez, este clon produce la interleucina 2 (IL2), que provoca la formación y proliferación de otros tipos de linfocitos T especializados en tareas diferentes y de linfocitos B.
Linfocitos TC (linfocitos T8): destruyen las células cancerosas y las infectadas por virus. En todos los casos se produce la muerte celular por contacto directo entre las células y los linfocitos Tc.
Linfocitos TS (supresores o reguladores): actúan mediante un proceso inverso al de los linfocitos TH. Su misión consiste en disminuir la respuesta inmunitaria, y actúan cuando es necesario detenerla, una vez eliminado el antígeno.
LINFOCITOS B
Proceden de linfoblastos que maduran en la propia médula ósea roja.En presencia de antígenos fabrican anticuerpos específicos encargados de reconocerlos, dando lugar a la denominada inmunidad humoral. Una vez activados, a estos linfocitos se les llama células plasmáticas.
Los linfocitos están formados por clones diferentes, cada uno posee un receptor antigénico específico con una estructura complementaria a la del antígeno al que se une. Esta uníón los sensibiliza y les permite responder a las señales de la interleucina 2 (IL2) producida por los linfocitos TH, que les induce a proliferar y transformarse en células plasmáticas productoras de anticuerpos. Además de los linfocitos T y B citados hay otras clases:
Linfocitos noT-noB y Células de memoria.
ANTICUERPOS O INMUNOGLOBULINAS Los anticuerpos o inmunoglobulinas (Ig), son estructuras proteicas formadas por la asociación de cuatro cadenas polipeptídicas, dos de ellas pesadas (H) y las otras dos ligeras (L), unidas entre sí por puentes disulfuro formando una estructura en forma de “Y”. Hay cinco clases diferentes de in-munoglobulinas: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE. A su vez, cada una de las cadenas ligeras y pesadas incluye una regíón variable (VL y VH) con una secuencia de aminoácidos carácterísticos de cada anticuerpo, y una regíón constante (CL y, CH), con la misma secuencia en todos los anticuerpos de la misma clase de anticuerpo. Las regiones variables (VL y VH) comprenden la mitad de las cadenas ligeras (VL) y la cuarta parte de las cadenas pesadas (VH), y se localizan en la parte superior de la “Y”, constituyen los sitios activos del anticuerpo, llamados parátopos, por los que se unen a los epítopos de los antígenos. La regíón constante (CL y CH) es la zona de la molécula que dirige su actividad biológica, es decir, regula las funciones que desempeñan las inmunoglobulinas dentro del sistema inmunitario, entre las que destacan las siguientes: Neutralización de los efectos nocivos del antígeno, al unirse a este el anticuerpo. Precipitación al agregarse al antígeno varios anticuerpos, haciéndolo insoluble y facilitando el ataque de los fagocitos. Aglutinación de los antígenos mediante su uníón a anticuerpos, lo que provoca agregados que facilitan su destrucción. También se producen efectos indirectos a partir de la uníón antígeno-anticuerpo, como la opsonización o la activación del sistema de complemento (ya vistos).
ACTUACIÓN DEL SISTEMA INMUNITARIO ADAPTATIVO La respuesta primaria se desencadena ante un primer contacto con un determinado antígeno. Cuanto tiene lugar un segundo contacto con el mismo tipo de antígeno se produce una respuesta secundaria en la que, mediante la actuación de los linfocitos de memoria, se produce una respuesta mucho más rápida que en la primaria.
INMUNIDAD NORMAL La inmunidad que se desarrolla frente a determinados antígenos puede deberse a procesos naturales, inmunidad natural, o bien producirse por la actuación humana, inmunidad artificial.
En cada uno de los casos además la inmunidad puede ser activa, si es el propio organismo quién fabrica los anticuerpos como respuesta a la presencia del antígeno, o pasiva, si adquiere los anticuerpos ya formados por otro organismo. Se distinguen, por lo tanto, cuatro tipos diferentes:
Inmunidad natural pasiva
Por la transferencia de anticuerpos de la madre al feto. Tiene el objeto de proporcionar al recién nacido los anticuerpos necesarios cuando aún su sistema inmune está inmaduro.Inmunidad natural activa
El proceso natural producido tras una infección por la consecuente respuesta primaria del organismo.Inmunidad artificial pasiva
Por la introducción en el organismo de anticuerpos fabricados previamente. La sueroterapia utiliza dos tipos de sustancias, los sueros, exclusivamente con anticuerpos específicos para un solo antígeno, y las gammaglobulinas, que son una mezcla de anticuerpos específicos para varios antígenos.Inmunidad artificial activa
Se produce por la estimulación del propio sistema inmune al introducir antígenos específicos en una vacuna.DEFICIENCIAS DEL SISTEMA INMUNITARIO Son anomalías en el funcionamiento del sistema inmune que le impiden actuar eficazmente frente a los antígenos, pudiendo provocar graves consecuencias al organismo que las padece. ENFERMEDADES AUTOINMUNES Actuación autodestructiva del sistema inmunológico, que ataca a las propias células llamada autoinmunidad.
Algunas enfermedades autoinmunes son la artritis reumatoide, la diabetes juvenil, la esclerosis múltiple, la psoriasis etc REACCIONES DE HIPERSENSIBILIDAD Se produce cuando la respuesta que elabora el sistema inmunitario ante un antígeno es exagerada. Un tipo de hipersensibilidad son las llamadas reacciones alérgicas, de acción inmediata pocos minutos después de la exposición al antígeno, llamado alérgeno.
Estas sustancias actúan como antígenos, desencadenando la formación de anticuerpos que reaccionan violentamente. La primera inoculación del alérgeno se llama sensibilizante, la segunda se denomina desencadenante, provocando lo que se llama choque anafiláctico.
INMUNODEFICIENCIAS Se producen por la incapacidad del organismo para dar una respuesta inmunitaria adecuada frente a un antígeno, con lo que estos no son neutralizados y por lo tanto desarrollan su acción dañina sobre él. Hay dos tipos:
Inmunodeficiencias congénitas
De origen genético. Los linfocitos B que se forman son incapaces de elaborar suficientes anticuerpos para destruir los agentes patógenos.Inmunodeficiencias adquiridas
Provocan una disminución de las defensas en un individuo con un sistema inmunitario que funciona correctamente, lo que le hace vulnerable. Entre las inmunodeficiencias adquiridas más graves se encuentra el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA).
Está producido por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
, que ataca y destruye los linfocitos TH, lo que provoca que el organismo no pueda protegerse eficazmente contra los antígenos de cualquier tipo o contra las células tumorales propias, lo que lleva a la persona afectada a sufrir continuas infecciones y ciertos tipos de cáncer. SISTEMA INMUNITARIO Y CÁNCER En ciertas ocasiones algunas células se transforman y comienzan a dividirse activamente de forma incontrolada, formando un tumor.
TRASPLANTES DE ÓRGANOS Los trasplantes o injertos de órganos son cada vez más frecuentes y actualmente tienen un grado de éxito elevadísimo. Su mayor dificultad está en el posible rechazo. Los antígenos responsables del rechazo son los llamados antígenos del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC).
En la especie humana a este complejo se le llama HLA (antígenos leucocitarios humanos).
Es imprescindible que los antígenos HLA de donante y receptor sean iguales o muy similares. Además para inhibir la respuesta inmunológica se administran fármacos que provocan inmunosupresión.
En función de la procedencia del tejido trasplantado podemos clasificar los injertos o trasplantes en cuatro categorías: