BIOLOGÍA1. LA CÉLULA Y LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. FISIOLOGÍA CELULAR.

a. Composición química de los seres vivos: bioelementos y biomoléculas.b. El nivel de organización celular. Célula procariótica y eucariótica.c. Función de reproducción. El ciclo celular: interfase y división celular. Citocinesis en células animales y

vegetales.d. Función de nutrición. Orgánulos implicados. Metabolismo: Concepto de metabolismo, catabolismo y

anabolismo.e. La respiración celular y la fotosíntesis. Estructuras celulares en las que se lleva a cabo e importancia

biológica.

2. LA BASE DE LA HERENCIA. GENÉTICA MOLECULAR.

a. El ADN como portador de la información genética. Concepto de gen y de replicación delADN. Expresión de la información genética: transcripción y traducción. El código genético.

b. Alteraciones de la información genética. Concepto de mutación. Causas de las mutaciones.c. Consecuencias evolutivas y efectos perjudiciales.d. Meiosis y reproducción sexual.e. Las leyes naturales que explican la transmisión de los caracteres hereditarios. Aportaciones de

Mendel al estudio de la herencia. Teoría cromosómica de la herencia.

3. MICROBIOLOGÍA Y BIOTECNOLOGÍA.

a. Concepto de microorganismo. Grupos principales.b. Formas acelulares: virus, frontera entre lo inerte y lo vivo.c. Formas de vida de los microorganismos. Relación de éstas con su papel como agentes inocuos,

beneficiosos o perjudiciales para los seres humanos y otros seres vivos.d. Concepto de biotecnología y microorganismos utilizados.e. Presencia de los microorganismos en los procesos industriales: agricultura, farmacia, sanidad,

alimentación. Su importancia en la alteración de los alimentos.

4. INMUNOLOGÍA.

a. Conceptos de infección, inmunidad, antígeno y anticuerpo.b. Mecanismos de defensa orgánica. Inespecíficos: Barreras naturales y respuesta inflamatoria.

Específicos: Concepto de respuesta inmunitaria.c. Tipos de respuesta inmunitaria: humoral y celular. Células implicadas.d. Respuesta primaria y secundaria. Memoria inmunológica.e. Tipos de inmunidad: Natural y adquirida. Sueros y vacunas.f. Alteraciones del sistema inmunitario. Hipersensibilidad (alergia). Autoinmunidad.g. Inmunodeficiencia. Inmunodeficiencia adquirida: SIDA.

BIOLOGÍA

TEMA1: LA CÉLULA Y LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA. FISIOLOGÍA CELULAR.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

BIOELEMENTOS

Los elementos que forman los seres vivos se llaman bioelementos. Éstos se combinan entre sí formando las biomoléculas que pueden ser orgánicas o inorgánicas. En los seres vivos se han identificado uno 70 bioelementos cuyas proporciones varían de unos a otros. 22 de ellos son esenciales para la vida. Todos los bioelementos se clasifican según su importancia, que no se relaciona con su abundancia, en:

PRIMARIOS

Constituyen el 86% de la materia viva. Son necesarios para la fabricación de las biomoléculas orgánicas como los glúcidos, las proteínas o los ácidos nucléicos. Son C, H, O, N, P Y S. Todos ellos poseen unas características comunes que los hacen muy importantes:

- Forman entre ellos enlaces covalentes con facilidad. Este enlace es muy estable, por tanto forma materia estable.

- El H y el O forman agua, imprescindible para la vida, ya que todas las reacciones de los seres vivos se dan en medio acuoso. Además la vida se originó en este medio.

- C, N y O pueden establecer enlaces múltiples.- La electronegatividad del N y el O les permite formar moléculas dipolares. Además el O está muy

capacitado para oxidar a otros átomos (quitarles electrones para obtener energía).- Los enlaces que unen los C pueden formar cadenas de diversas formas. Junto al H forma la

materia orgánica. Con otras sustancias forma grupos funcionales aumentando así la diversidad de las moléculas orgánicas.

SECUNDARIOS

Forman el 4% de la materia viva. Algunos de ellos son indispensables (Ca, Na, K, Hg, Fe, I..) por estar en todos los seres vivos, mientras que otros son variables (ZN, Tl, Pb) por no estar en todos los seres vivos.

OLIGOELEMENTOS

Son elementos cuya proporción es menor del 0,1 %, si bien, son imprescindibles. Mn, Cr, Co…

FUNCIONES DE LOS BIOELEMENTOS

1. PLÁSTICA: Forman estructuras que forman biomoléculas.2. ESPECÍFICAS: El Na y el K transmiten el impulso nervioso, el Ca es responsable de la contracción

muscular, el Fe forma la hemoglobina, el I forma la hormona tiroidea que regula el metabolismo energético, el F forma el esmalte de los dientes, el Zn es abundante en el cerebro…

BIOLOGÍA

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

1. AGUA

Es el componente mayoritario en los seres vivos. La cantidad de agua que tiene un organismo depende de la actividad fisiológica, por tanto el cerebro es el órgano que posee una mayor cantidad de agua. El agua podemos ingerirla o bien obtenerla mediante reacciones químicas. La eliminamos por la orina y el sudor fundamentalmente. En los seres vivos podemos encontrarla de 3 maneras diferentes:

a. Agua circulante: En la sangre o en la savia.b. Agua intersticial: Situada entre las células.c. Agua intercelular: Ubicada en el citosol, que es el medio interno de la célula donde se

encuentran el resto de orgánulos.

ESTRUCTURA DEL AGUA

Se trata de una molécula covalente que forma un dipolo. Entre las moléculas de agua se establecen unas fuerzas secundarias llamadas PUENTES DE HIDRÓGENO. Estas uniones son de vital importancia ya que permiten que el agua esté en estado líquido a temperatura ambiente.

CARACTERÍSTICAS

a. Calor de vaporización elevado debido al gran nº de puentes de hidrógeno que hay que romper.

b. Calor específico elevado, que sirve como efecto termorregulador.c. Carácter dipolar, lo que explica la universalidad del agua como disolvente.d. Fuerzas de cohesión-adhesión debido a los puentes de H., lo que hace al agua ideal para

aumentar el volumen de las células.e. Mayor densidad sólida que líquida, lo que permite la vida en medios acuáticos al

congelarse el agua que queda como capa superficial.

FUNCIONES BIOLÓGICAS

a. Termorreguladorab. Disolventec. Transportadora, tanto de nutrientes como de deshechos.d. Bioquímica interviniendo en numerosas reaccionese. Estructural dando forma y volumen a las células.

BIOLOGÍA El agua tiene otro papel importante gracias a su capacidad para disociarse en iones, lo que la hace ideal para el desarrollo de la vida, que se da en entornos de neutralidad en relación al pH. Los sistemas amortiguadores de pH amortiguan los cambios bruscos del mismo manteniendo la estabilidad.

Por otra parte los jugos gástricos eliminan las bacterias que acompañan a los alimentos.

2. LAS SALES MINARALES

Pueden ser precipitadas, para función esquelética, o disueltas interviniendo en diversas funciones.

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS

Se encuentran mayoritariamente formando parte de los seres vivos. Químicamente son compuestos de C e H. Estas moléculas fueron seleccionadas en el curso de la evolución por su capacidad para almacenar energía e información.

1. GLUCIDOS

Biomoléculas compuestas por C, H y O en la proporción de la glucosa. Son átomos de C unidos a grupos alcohol y radicales hidrógeno, apareciendo siempre un grupo carbonilo. Además pueden aparecer otros grupos.

Tienen una doble función; energética(a partir de los glúcidos se obtiene energía en el proceso de respiración celular) y estructural (forman parte de la estructura de las células).

Se pueden clasificar en función del nº de carbonos:

a. Monosacáridos: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas- Contienen entre 3 y 12 átomos de C.- Sólo poseen un grupo aldehído o cetona- Son dulces, sólidos, solubles y cristalizables.- Pueden formar especies enantiomorfas- Ciclan formando anillos penta o hexagonales.- Pueden unirse a otras moléculas mediante enlace N-glucosídico o O-glucosídico

b. Disacáridos: Unión de 2 monosacáridos mediante enlace O-glucosídico desprendiéndose agua. El enlace puede ser monocarbonilo (maltosa, celobiosa, lactosa) o dicarbonilo (sacarosa).

c. Oligosacáridos: Unión de 3 a 12 monosacáridos mediante enlace O-glucosídico.

- Pueden almacenar información.- Se encuentran en la superficie exterior de la membrana plasmática.- Se unen a proteínas y a lípidos.- Tienen la función de recibir sustancias específicas necesarias para la célula.- Dan a la célula una señal de identidad.

d. Polisacáridos: Unión de varios cientos o miles de monosacáridos.- No son dulces.

BIOLOGÍA- No tienen poder reductor.- Algunos como la celulosa son insolubles y otros dispersiones coloidales como el almidón y el

glucógeno.- Tienen funciones como; estructural formando los enlaces beta, de reserva energética…

Podemos hacer una clasificación de los polisacáridos:

HOMOPOLISACÁRIDOS (formados por los mismos monosacáridos) Almidón, glucógeno, celulosa, quitina y pectina

HETEROPOLISACÁRIDOS (formados por distinto monosacáridos) Hemicelulosa, Agar-agar, mucopilisacárido y heparina.

2. LÍPIDOS

Son biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O y en algunos casos N, P y S. No todos responden a la misma estructura, pero tienen en común la insolubilidad en agua y al ser agitados forman una mezcla temporal llamada emulsión. Sus principales funciones son:

- Reserva energética.- Estructural- Protectora.- Biocatalizadora y reguladora.

Se clasifican atendiendo a que sus moléculas sean hidrilizables o no, es decir, que puedan o no romperse con agua.

HIDROLIZABLES: Grasas, ceras y fosfolípidos. Están formados por ácidos grasos, que a su vez están formados por una cadena hidrocarbonada con un grupo carboxilo en uno de sus extremos. Se clasifican en saturados e insaturados.

NO HIDRILIZABLES: Terpenos y esteroides.

a. Grasas: Se forman por la unión de una molécula de glicerina (alcohol) y 3 moléculas de ácido graso en una reacción llamada esterificación. Las grasas son esteres de glicerina y ácidos grasos. Su principal función es la de reserva energética, ya que poseen mayor poder energético que los glúcidos. Además funcionan como aislamiento térmico y físico.

b. Ceras: Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes monohidroxílicos de cadena larga. Su principal función es protectora e impermeabilizante de estructuras como piel, pelos, plumas, lana, hojas, frutos, cutículas de insectos, conducto auditivo (cerumen). También es usada por las abejas para fabricar la estructura de sus panales.

c. Fosfolípidos: Contienen una molécula de glicerina, 2 ácidos grasos, ácido fosfórico y otras moléculas hidrofílicas. La parte donde está el ácido fosfórico es polar (soluble) y la cadena de los ácidos grasos es la parte no polar. Debido a esto forman bicapas cuando se disponen entre 2 medios acuosos. Son fundamentales en la composición de las MEMBRANAS CELULARES.

BIOLOGÍAd. Terpenos: Son lípidos de origen vegetal que dan coloración a los órganos vegetales.

Quimicamente son polímeros del isopreno formando cadenas lineales o cíclicas.

e. Esteroides: Derivan del esterano, hidrocarburo cíclico, que a su vez está formado por 3 anillos pentagonal y uno hexagonal. Se distinguen: Hormonas, colesterol (da rigidez a la membrana plasmática), vitamina D, hormonas sexuales…

3. PROTEINAS

Se trata de biomoléculas orgánicas formadas por C, O, N, H y con frecuencia otros elementos. Se forman mediante uniones sencillas entre moléculas de bajo peso molecular llamadas aminoácidos. Existen 20 aminoácidos. Los aminoácidos se unen entre sí mediante un enlace covalente llamado ENLACE PEPTÍDICO, para formar los péptidos, que forman largas cadenas de hasta 2000 aminoácidos. Una proteína consiste en 1 ó más cadenas polipeptídicas. La función más importante de las proteínas es la de ejecutar las órdenes e interpretar la información de los ácidos nucleicos. Debido a la gran variedad de proteínas existentes, existen funciones muy diversas de las mismas. Vamos a ver algunas de esas funciones:

- Estructural (colágeno en los huesos y cartílagos)- Transportadora (la hemoglobina transporta los glóbulos rojos)- Hormonal: Ciertas proteínas tienen gran actividad biológica, como por ejemplo la insulina.- Inmunológica: los anticuerpos son proteínas que el organismo produce para defenderse de los

agentes nocivos.- Enzimática.

4. ÁCIDOS NUCLEICOS

Son moléculas orgánicas de elevado peso molecular y que no tienen ramificaciones. Están compuestos por la unión de moléculas sencillas llamadas NUCLEÓTIDOS, que se componen de un grupo fosfato, un azúcar de 5 átomos de C y una base nitrogenada. El azúcar puede ser RIBOSA O DESOXIRRIBOSA, y la base nitrogenada ADENINA, GUANINA, CITOSINA, TIMINA o URACILO. Son de vital importancia en los seres vivos ya que contienen la información genética. El ATP (ADENISÍN-TRIFOSFATO), es un nucleótido que se encuentra en todas las células y desempeña un papel muy importante en los intercambios energéticos de los seres vivos. Se trata de una molécula pequeña y móvil cuya función es almacenar en sus enlaces químicos mucha energía y llevarla hasta donde se necesite. Los nucleótidos se unen a otros mediante enlace fosfodiéster mediante el que se produce una esterificación del grupo fosfato. A través de sucesivas uniones se forman largas cadenas. Cada cadena se caracteriza por la secuencia de sus bases nitrogenadas. Existen 2 tipos de ácidos nucleicos; el ADN (TIENE DESOXIRRIBOSA) y el ARN (TIENE RIBOSA). ADN: Es el portador del mensaje genético y se encuentra en el núcleo de las células eucariotas formando parte de los cromosomas y también en otros orgánulos celulares. En las células procariotas se encuentra libre en el citoplasma. Está constituido por 2 cadenas de nucleótidos complementarias enrrolladas en forma de una doble hélice. El azúcar que lo compone, la desoxirribosa, y el ácido fosfórico formas el esqueleto de la doble hélice, mientras que las bases nitrogenadas se sitúan en el interior de la hélice. Cada adenina de una cadena se une con la timina de la complementaria, y la guanina con la citosina.

BIOLOGÍA Lleva la información genética en el orden que siguen los nucleótidos. Esta información dirige la síntesis de todas las proteínas de un organismo. La molécula de ADN tiene la capacidad de autoduplicarse, gracias a lo cual los organismos transmiten la información genética a sus descendientes.

ARN: Se forma mediante un proceso de copia del ADN. Existen diversos tipos de ARN, cada uno formado por 1 cadena de nucleótidoscuyas bases nitrogenadas son la adenina, la guanina, la citosina y el uracilo. Todos los tipos de ARN intenvienen en la síntesis de proteínas, el ribosómico forma parte de los ribosomas, el de transferencia transporta los aminoácidos a los ribosomas y el mensajero lleva la información genética para la síntesis de una proteína desde el ADN a los ribosomas, donde se traduce la información al unirse los aminoácidos y formarse la proteína.

BIOLOGÍACÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS

La célula es la unidad funcional y estructural básica de la vida, es la parte más sencilla de materia viva que puede llevar a cabo todas las actividades necesarias para la vida. Existen 2 tipos de organización celular; procariotas u eucariotas.

LA CÉLULA PROCARIOTA: Es la organización celular más primitiva. Las bacterias presentan esta organización, constan de una pared celular, membrana y citoplasma que contiene un cromosoma y ribosomas.

- No tiene núcleo.- El material genético está formado por una molécula circular de ADN dispersa en el citoplasma.- El único orgánulo que posee es el ribosoma.- Su membrana plasmática presenta repliegues internos (mesosomas) que intervienen en la

respiración y en la reproducción.- La mayoría presentan pared celular y algunas presentan flagelos, para el movimiento, y pili, para

la adherencia al sustrato, a otra bacteria o a células eucariotas.- Se divide de forma simple por bipartición.- son, generalmente, unicelulares y se agrupan en el Reino Monera.

LA CÉLULA EUCARIOTA: Es la organización celular de los organismos más evolucionados.

- Posee una envoltura nuclear que delimita un núcleo donde se sitúa el ADN.- Posee un citoplasma donde existen numerosos orgánulos celulares especializados y un conjunto

de membranas.- Se dividen mediante mitosis y meiosis (para originar células sexuales).- La célula eucariota vegetal se distingue de la animal porque posee una pared celular celulósica,

orgánulos fotosintéticos: cloroplastos y carecen de centriolos.

En los organismos pluricelulares las células se organizan formando tejidos, con funciones muy variadas: meristemático, conductor, secretor, epidérmico...en vegetales y epitelial, conectivo, muscular, nervioso...en animales. A pesar de que todas las células proceden de un único óvulo fecundado o cigoto, existe un proceso de diferenciación celular que conduce a una gran diversidad celular en los organismos (un mamífero presenta unos 250 tipos celulares diferentes). Esta diferenciación se basa en la activación y desactivación de genes, que hace que sólo se expresen unos determinados genes en cada uno de los diferentes tipos celulares.

CONSTITUYENTES CELULARES

1. LA MEMBRANA CELULAR. Es la envoltura externa que delimita y da forma a la célula. Poseen una unidad de membrana formada por una doble capa de fosfolípidos que incluye muchas moléculas de proteínas. Esta doble capa constituye la estructura básica de la membrana y sólo permite el paso de sustancias liposolubles. Las proteínas son las responsables de la mayoría de las funciones de la membrana.

BIOLOGÍA2. LA PARED CELULAR. Sólo aparece en las células vegetales. Está formada por celulosa y su

función es dar rigidez y consistencia a la célula.

3. EL CITOPLASMA. Es la parte comprendida entre la membrana celular y el núcleo. Está compuesto por un líquido que contiene agua, sales minerales, enzimas y otros compuestos. En él aparecen los orgánulos y el citoesqueleto.

4. LOS RIBOSOMAS. Orgánulos globulares sin membrana sólo visibles al microcopio electrónico. Formados por 2 subunidades constituidas por ARN y proteínas. Su función es intervenir en la síntesis de proteínas.

5. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO. Es un sistema membranoso formado por TÚBULOS y CISTERNAS que se ramifican por todo el líquido del citoplasma. Su función es la de conectar el interior de la célula con la membrana nuclear. Si su pared externa lleva asociados ribosomas, se trata del retículo endoplasmático rugoso, en caso contrario se trata del retículo endoplasmático liso. La función del rugoso es la de preparar, concentrar y exportar las proteínas sintetizadas por los ribosomas al aparato de golgi. La función del liso es sintetizar fosfolípidos y colesterol necesarios para la formación de nuevas membranas celulares.

6. EL APARATO DE GOLGI . Es un conjunto membranoso formado por sacos aplanados y apilados. Cada grupo forma un DICTIOSOMA. Por medio de pequeñas bolsas o vesículas recibe las proteínas y lípidos sintetizados en el R.E., los almacena, y tras modificarlos los emite como GRÁNULOS DE SECRECIÓN, que son vertidos al exterior de la célula como LISOSOMAS o como material para preparar membrana celular.

7. LAS MITOCONDRIAS . Orgánulos alargados limitados por 2 membranas, externa e interna, que forma repliegues llamados CRESTAS MITOCONDRIALES. El espacio interior está ocupado por un líquido que contiene enzimas, ribosomas, y una pequeña molécula de ADN. Las mitocondrias son las centrales energéticas de la célula. La energía se obtiene mediante la RESPIRACIÓN CELULAR.

8. LOS PLASTOS . Exclusivos de los organismos autótrofos.

- Leucoplastos: incoloros que almacenan almidón.- Cromoplastos: Contienen pigmentos responsables del color de los elementos vegetales.- Cloroplastos: De forma lenticular o de disco, que contienen en su interior un pigmento llamado

CLOROFILA, responsable de la coloración verde y de la FOTOSÍNTESIS. Están formados por 2 membranas, la interior presenta pliegues laminares llamados TILACOIDES donde se encuentra la clorofila. Los tilacoides se apilan formando la GRANA. El líquido interno con enzimas, almidón, ribosomas y ADN se llama ESTROMA.

9. LOS LISOSOMAS . Vesículas esféricas rodeadas de una membrana. Se forma en el aparato de G. y contiene enzimas digestivas. Su principal función es la de digerir las sustancias ingeridas por la célula y destruir los orgánulos celulares dañados.AUTOLISIS: Destrucción de la célula muerta mediante la liberación de enzimas por parte de los lisosomas.

BIOLOGÍA10. LAS VACUOLAS . Sacos en forma de globo limitados por una membrana. Son muy abundantes

en los vegetales y protozoos. Contienen sales minerales que regulan el contenido de agua en la célula, pigmentos que dan la coloración a los pétalos, y taninos que impiden la putrefacción de productos de desecho.

11. EL CENTROSOMA . Orgánulo exclusivo de las células animales. Formado por 2 centriolos rodeados de la centrosfera, que es un material denso del que parten unos filamentos llamados ÁSTER. Los centriolos están formados por un conjunto de túbulos formados por proteínas. El centrosoma genera los cilios y flagelos encargados del movimiento celular. También interviene en la MITOSIS.

12. EL NÚCLEO . Estructura esférica en el centro de la célula formado por una envoltura celular de doble membrana porosa que permite el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. El nucleoplasma es el líquido interior que contiene diversas moléculas, los nucléolos y la cromatina. Los nucléolos son pequeños corpúsculos de ARN, proteínas y una pequeña cantidad de ADN que intervienen en la formación del ARN ribosómico. La cromatina está formada por ADN y proteínas. Cuando la célula se va a dividir la cromatina se condensa, se espiraliza, y forma los cromosomas. En los cromosomas podemos distinguir un estrangulamiento o CNTRÓMERO que lo divide en 2 brazos llamados CROMÁTIDAS. Los cromosomas contienen la información genética propia de cada individuo. Cada segmento de ADN del cromosoma es un GEN. Los genes mandan a los ribosomas, por medio del ARN mensajero, la información para la síntesis de proteínas, que son las que dirigen el funcionamiento de la célula.

EL CICLO CELULAR

El ciclo celular es el conjunto de etapas que conducen a la división de una célula en 2 células hijas idénticas. Presenta 2 periodos; INTERFASE y DIVISIÓN CELULAR. La 1ª consiste en el desarrollo de la célula hija recién formada y la duplicación del material genético. La 2ª consiste en la división de los componentes celulares entre 2 células hijas y la separación de estas. El periodo de tiempo en el que se desarrolla un ciclo celular depende del tipo de célula y de las distintas especies. El factor que modifica el valor temporal es la fase G1 en la que las células pueden permanecer estancadas mucho tiempo. El resto de fases se desarrolla casi por igual en todos los individuos. Los factores que influyen en el tiempo de un ciclo son; pH, temperatura, falta de nutrientes…

CICLO CELULAR EN EUCARIOTAS

Existen 2 etapas fundamentales; INTERFASE y MITOSIS o FASE M.

a. INTERFASE . Etapa muy dinámica desde el punto de vista bioquímico. Hace referencia al tiempo que transcurre entre 2 mitosis. En esta etapa la célula fabrica materiales que necesita y crece además de duplicar su ADN para que se produzca la mitosis. Se divide en 3 subetapas:

- FASE G 1: La célula crece y tiene gran actividad bioquímica. Se va transcribiendo el ADN, se sintetizan nuevas proteínas, se produce energía y se forman orgánulos celulares.

- FASE S : Es la fase donde se replica el ADN. Su inicio y final están regulados por señales químicas. No se pasa a otras etapas del ciclo si no se ha terminado la replicación.

BIOLOGÍAEl paso de G1 a S viene definido por una fase G0 o PUNTO DE RESTRICCIÓN, regulado por 2 proteínas; una favorece el paso y otra lo impide. Si la célula no pasa esta fase G0 no puede dividirse y acaba convirtiéndose en una célula especializada como las neuronas.

- FASE G 2: Dura desde el final de la duplicación del ADN hasta el inicio de la mitosis. En esta etapa se sintetizan las proteínas necesarias para la división celular.

b. DIVISIÓN CELULAR. Proceso por el cual a partir de una célula se forman 2 células hijas con el mismo nº de cromosomas que la madre. La división comprende 2 procesos.

MITOSIS. Es la división del núcleo y el proceso por el cual los cromosomas se reparten entre las células hijas. Se divide en 6 fases, 5 de ellas transcurren en una secuencia ordenada y la sexta es la CITOCINESIS, que comienza durante la ANAFASE.

PROFASE: Al inicio de la fase ya están duplicados los centriolos. Antes de entrar en la fase S un nuevo centriolo se había formado perpendicularmente a cada uno de los ya existentes. Los microtúbulos forman un áster que rodea cada par de centriolos. Los centrosomas, así configurados, empiezan a alejarse progresivamente hacia lados opuestos del núcleo, quedando éste en el interior de una especie de jaula de microtúbulos (huso mitótico o acromático). En las células de las plantas, que carecen de centriolos, no se forman ásteres y el huso mitótico se organiza a partir de ciertas zonas del citoplasma, presentando una forma de tonel.El nucleolo desaparece gradualmente, dispersándose sus componentes por el núcleo. La cromatina comienza a condensarse hasta que se visualizan los cromosomas, que presentan un aspecto filamentoso. Hacia la mitad de esta fase pueden observarse las dos cromátidas que forman cada cromosoma, como resultado de la duplicación del ADN en la interfase. La célula tiene en ese momento 4n cromosomas. Estas cromátidas llamadas cromátidas hermanas aparecen unidas por el centrómero.

PROMETAFASE: La membrana nuclear va desintegrándose en vesículas independientes hasta que desaparece como tal. Por ello los cromosomas quedan dispersos aleatoriamente en el citoplasma en la zona que ocupaba el núcleo.

METAFASE: Es la etapa más larga de la mitosis, ya que, hasta que la célula no recibe las señales de que los cromosomas están alineados gracias a los microtúbulos cinetocóricos, no acaba la metafase. Cada cromátida queda orientada hacia uno de los polos. Se forma la PLACA METAFÁSICA.

ANAFASE: Comienza con la separación simultanea de cada cromosoma en sus cromátidas, que se desplazan hacia polos opuestos del huso. La separación se produce por el acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos. Hacia el final de la anafase, los cromosomas se han separado en 2 grupos iguales situados uno en cada extremo de la célula.

TELOFASE: Alrededor de cada grupo de cromosomas se empieza a formar la membrana a partir de las vesículas de la prometafase, los cromosomas se descondensan y se forma el nucléolo. Al final se han formado los 2 núcleos de las células hijas.

CITOCINESIS: Es la división del citoplasma en 2 mediante un proceso llamado SEGMENTACIÓN. Se da inmediatamente después de la mitosis, pero va separado de ésta. Comienza simultáneamente a la telofase. Como consecuencia la célula queda en 2 y los orgánulos se reparten equitativamente. La comunicación entre las 2 células hijas queda

BIOLOGÍAasegurada gracias a la formación de unos poros llamados PLASMODESMOS. Se da de forma diferente en células animales y vegetales.

- Células animales: Se forma un surco en la membrana plasmática, cubierto interiormente por haces de microfilamentos contráctiles de actina y miosina (anillo contráctil), que estrecha el ecuador de la célula. Esta estrangulación o surco de segmentación, comprime el haz de microtúbulos, hasta convertirlo en un eje denso que se rompe al dividirse la célula en dos células hijas.

- Células vegetales. La presencia de la pared celular impide la división del citoplasma por estrangulación. En su lugar, se insinúa un surco, en la zona donde se situaba la placa ecuatorial, y a su altura se van situando vesículas procedentes del Aparato de Golgi. Estas vesículas se fusionan entre sí y con el surco de la membrana plasmática formando un tabique incompleto (fragmoplasto) que está formado por dos membranas plasmáticas y dos capas de celulosa separadas por una lámina de pectina central que las une. El tabique está perforado por poros que crean puentes citoplasmáticos (plasmodesmos) que comunican las dos células hijas.

FUNCIÓN DE NUTRICIÓN

Los seres vivos mantienen su compleja estructura y realizan sus funciones vitales porque son capaces de obtener y transformar materia y energía de su entorno (nutrición celular). Las diferencias entre los seres vivos en cuanto a la obtención y uso de la materia y la energía permiten distinguir dos tipos básicos de nutrición:

- Nutrición autótrofa. Las células autótrofas obtienen su materia en forma de sustancias inorgánicas (dióxido de carbono, sales minerales y agua, en el caso de las bacterias fotosintéticas, las algas y las plantas; las bacterias fijadoras de nitrógeno y las cianobacterias utilizan nitrógeno atmosférico) y su energía puede proceder de dos fuentes: energía solar, en aquellos organismos (bacterias fotosintéticas, cianobacterias, algas y plantas) que llevan a cabo la fotosíntesis. energía química, procedente de la oxidación de sustancias inorgánicas, en aquellas bacterias que realizan la quimiosíntesis.

- Nutrición heterótrofa. Las células heterótrofas obtienen su materia a partir de sustancias orgánicas (proteínas, glúcidos, lípidos...) elaboradas por otras células. La energía que necesitan también se extrae de esos mismos compuestos orgánicos (básicamente de glúcidos y lípidos).

METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

La obtención y las transformaciones necesarias, de la materia y la energía, se llevan a cabo en la célula gracias a distintas reacciones químicas. Se llama metabolismo al conjunto integrado de reacciones químicas que tienen lugar en la célula. El metabolismo está constituido por series de reacciones que forman una red muy compleja, ordenada e interconectada de vías o rutas metabólicas. Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones sucesivas, cada una de ellas catalizada por un enzima específico y donde el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Los intermediarios de las reacciones se denominan metabolitos. Que un organismo pueda captar un tipo u otro de materia y energía depende de su metabolismo, es decir, de las transformaciones químicas que pueda realizar en función de los enzimas que haya podido sintetizar a partir de sus genes. Aunque hay una cierta flexibilidad metabólica, las rutas centrales del metabolismo son iguales en todos los organismos vivos, una prueba de la existencia de un antepasado común.

BIOLOGÍA La energía es extraída de los compuestos mediante reacciones redox (reacciones de óxido-reducción) en las cuales un compuesto se oxida a la vez que reduce a otro y viceversa. Las oxidaciones equivalen a pérdida de electrones, pérdida de hidrógeno (deshidrogenación) o ganancia de oxígeno. Las reducciones son, lógicamente, los procesos contrarios a éstos.

CARACTERÍSTICAS DEL METABOLISMO

1. Ocurre siempre en medio acuoso.2. Está catalizado por enzimas.3. El metabolismo lleva a cabo el ppio de máxima economía. Si hay algo que puede obtener del

entorno no lo sintetiza.4. Las reacciones que lo constituyen son prácticamente iguales en todos los seres vivos.5. Las reacciones están encadenadas.

ANABOLISMO Y CATABOLISMO

En el metabolismo hay una serie de reacciones llamadas de síntesis, en las que a partir de moléculas sencillas se crean otras más complejas. Se llaman reacciones anabólicas, al conjunto de las cuales se denomina ANABOLISMO. Se trata siempre de reacciones endoenergéticas. También hay reacciones que degradan biomoléculas, son las reacciones catabólicas, al conjunto de las cuales se denomina CATABOLISMO. Como producto final de la degradación siempre se obtiene CO2 y agua. La energía que se libera se almacena en forma de ATP, NADH y NADHP. La energía obtenida en el catabolismo se usa en:

- Realización de trabajo mecánico (movimientos celulares, contracción muscular, etc.).- Transporte activo de sustancias a través de la membrana.- Amplificación de señales extracelulares.- Biosíntesis, tanto de las macromoléculas que forman la estructura celular como de las que sirven

de sustancias de reserva.

Hay una serie de rutas metabólicas que conectan anabolismo y catabolismo, es lo que se conoce como METABOLISMO INTERMEDIARIO. Podemos diferenciar 3 fases:

- FASE I: Las grandes biomoléculas se degradan en sus monómeros. Se da en la luz del tubo digestivo.

- FASE II: Todos los monómeros se transforman en ACETIL COENZIMA A.- FASE III: El acetil coenzima A se degrada por el ciclo de krebs.

CATABOLISMO: LA RESPIRACIÓN CELULAR

RESPIRACIÓN CELULAR: Es un proceso común a todos los seres vivos, que consiste en la degradación de las moléculas orgánicas obtenidas en la célula dando lugar a compuestos más sencillos y liberando la energía que había almacenada en los enlaces. Esa energía se almacena en forma de ATP. Las células eucariotas tienen un orgánulo especializado en la respiración: la mitocondria, mientras que las células procariotas realizan el proceso mediante enzimas situados en el citosol y en la membrana plasmática.

Las reacciones producidas son de oxidación-reducción. Dependiendo de quién sea el receptor final de los electrones podemos diferenciar:

BIOLOGÍAa. RESPIRACIÓN AEROBIA: Tiene como receptor final el OXÍGENO. En este tipo de

respiración se produce la degradación total de la materia dando como productos CO2 y agua. La realizan casi todos los seres vivos y tiene lugar en las mitocondrias. Está dividida en 3 etapas; Oxidación, transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Las sustancias que se usan como combustible pueden ser; glucosa, ácidos grasos aminoácidos… Un ejemplo importante es la RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA, donde ésta se oxida y transfiere sus H al O que se reduce a agua. La glucosa al perder los H forma CO2. Se realiza en 3 fases; GLUCOLISIS, CICLO DE KREBS y CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES.

1. GLUCOLISIS : Tiene lugar en el CITOSOL y consiste en la degradación de la glucosa dando lugar a 2 moléculas de ÁCIDO PIRÚVICO. Éste último se oxida dando lugar a ACETIL COENZIMA A.

2. CICLO DE KREBS : Es una serie de reacciones en cadena, cada una de ellas catalizada por una enzima. Se llama ciclo porque la sustancia que lo inicia vuelve a formarse al finalizar el proceso.

En resumen el ciclo consiste en partir de 2 moléculas de Acetil Co-A y obtener 4 moléculas de CO2, 2 moléculas de ATP, 6 moléculas de NADH y 2 moléculas de FADH2. Se necesitan 2 vueltas para terminar la oxidación completa de una molécula de glucosa.

3. TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA : Tiene lugar en las crestas mitocondriales. Después del ciclo de krebs la molécula de glucosa está totalmente oxidada y parte de la energía se ha usado en transformar ADP y FOSFATO en ATP, pero la mayoría de la energía se encuentra en los electrones que se separaron por oxidación de los átomos de C y que han pasado a los transportadores NAD y FAD+ para formar NADH y FADH2, que se oxidan mediante la cadena de transporte electrónico cediendo sus electrones a dicha cadena. A medida que los electrones se mueven por la cadena, liberan energía de forma escalonada hasta llegar al oxígeno, que se combina con 2 protones para formar agua. La energía liberada por los electrones se usa para formar ATP, que es el proceso conocido como FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. La teoría más aceptada es que la energía que se libera en el transporte de los electrones se emplea para provocar un bombeo de protones desde la matriz al espacio intermembranoso. La entrada de protones se realiza a través del complejo ATP SINTETASA, que va a facilitar la formación de ATP con la energía liberada por los electrones al entrar.

b. RESPIRACIÓN ANAEROBIA: En este caso el aceptor final de los electrones es NO2- ó SO4-. Sólo tiene lugar en algunas bacterias.

FERMENTACIÓN: Es un proceso anaerobio y redox. Un compuesto orgánico actúa como dador de electrones y otro compuesto orgánico más sencillo como receptor. Tanto la respiración como la fermentación son procesos necesarios para obtener ATP. De la degradación de 1 molécula de glucosa por fermentación sólo se obtienen 2 de ATP, que en comparación con lo que se obtiene en la respiración, da un rendimiento muy bajo.

La fermentación se presenta en bacterias y levaduras. Dependiendo de cual sea el producto final de la fermentación tenemos:

BIOLOGÍA- FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA: Al convertirse el piruvirato en acetaldehído, se desprende una

molécula de CO2. El NADH transfiere un H al acetaldehído, que se transforma en etanol.- FERMENTACIÓN LÁCTICA: El NADH transfiere H al piruvirato que se reduce a lactato.

ANABOLISMO

Es la vía constructiva del metabolismo, síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas. La mayoría de reacciones anabólicas se dan en el citosol (excepciones; formación de ácidos nucleicos que se da en el núcleo, formación de proteínas que se da en los ribosomas y formación de fosfolípidos y colesterol que se da en el R.E.), son siempre endoenergéticasDependiendo de si las moléculas son o no orgánicas:

- ANABOLISMO HETERÓTROFO: (Productos orgánicos) La realizan todos los seres vivos y sus objetivos son; síntesis de sustancias de reserva energética y formación de estructuras para reponer las que mueren o se desgastan. Se distinguen 2 fases; síntesis de monómeros a partir de precursores orgánicos sencillos y síntesis de polímeros a partir de esos monómeros.El anabolismo de los glúcidos se hace obteniendo glucosa a partir de monómeros (GLUCONEOGENESIS) y obtención del polímero, glucógeno, mediante la GLUCOGENOGENESIS. El anabolismo de lípidos se realiza a partir del ácido malónico que se forma a partir del acetil co-A.

- ANABOLISMO AUTÓTROFO: (Productos inorgánicos). Puede ser de 2 tipos; FOTOSÍNTESIS y QUIMIOSÍNTESIS.

FOTOSÍNTESIS

Se trata de un complicado proceso mediante el cual los organismos autótrofos fotosintéticos sintetizan materia orgánica a partir de inorgánica. En esta reacción se produce también una transformación de energía luminosa en química. La energía de la luz absorbida por la clorofila se utiliza para realizar el transporte electrónico desde un dador electrónico débil (el agua tiene muy poca tendencia a perder electrones y formar oxígeno molecular) hasta uno fuerte (NADPH). La fotosíntesis es el único proceso metabólico conocido capaz de utilizar agua como dador electrónico.

La fotosíntesis tiene una gran importancia para la vida, ya que los compuestos que se obtienen de ella son las sustancias básicas a partir de las cuales se construye la materia viva, y son también las sustancias de las que dependen todos los seres vivos para su alimentación. Los únicos seres vivos cuya alimentación no depende de los organismos fotosintéticos son las bacterias quimiosintéticas. Es también importante porque casi todo el oxígeno existente en la atmósfera procede de procesos fotosintéticos.

El proceso completo de la fotosíntesis puede resumirse en:

luz

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

BIOLOGÍA clorofila

En la fotosíntesis se distinguen 2 fases:

1. FASE LUMINOSA: Tiene lugar en los TILACOIDES de los cloroplastos. En esta fase la clorofila y otros pigmentos fotosintetizadores absorben la energía luminosa que se usa para formar ATP y en la rotura del agua en O2 y en hidrógeno que, al combinarse al NADP+, forma NADPH. En definitiva se obtiene energía y poder reductor.

a. La clorofila absorbe la energía luminosa, fotones, y lanza a uno de sus electrones a un nivel de energía superior.

b. Se produce la fotolísis del agua, para que la clorofila que ha perdido un electrón, está excitada, pueda volver a su estado inicial y pueda perder otro electrón. El H+ se usará para reducir al NADP y el oxígeno se libera a la atmósfera.

c. Los electrones que lanzó la molécula de clorofila son transportados por una serie de sustancias. Este transporte se lleva a cabo en la membrana interna de los cloroplastos y se produce una energía que se usa para bombear protones desde el estroma del cloroplasto al interior del tilacoide.

d. En esa cadena de transporte de electrones se libera energía en forma de ATP (FOSFORILACIÓN).

En los tilacoides existen 2 tipos de fotosistemas I y II. Cada uno consta de un complejo antena y un centro de recepción. El complejo antena está formado por unas 200 moléculas de clorofila y 50 moléculas de carotenoides. El centro de reacción del I tiene 2 moléculas especiales de clorofila llamada P700, mientras que el II tiene P680

2. FASE OSCURA: Se produce en el ESTROMA de los cloroplastos. En esta fase el ATP y el NADPH se usan para reducir el CO2 y formar glúcidos. Las vegetales usan los azucares producidos para fabricar almidón, celulosa y sacarosa, y las células animales los almacenan en forma de glucógeno.

La fijación fotosintética del CO2 tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y se produce, generalmente, mediante el ciclo reductivo de las pentosas-fosfato o ciclo de Calvin. Es el conjunto de reacciones que conduce a la incorporación de CO2 por los cloroplastos, hasta formar compuestos orgánicos (CH2O)n. La producción de una molécula de gliceraldehído 3 fosfato, al fijarse 3 moléculas de CO2, requiere el gasto de 9 moléculas de ATP y 6 de NADPH. Por tanto son necesarias seis vueltas del ciclo de Calvin para producir una molécula de glucosa.

QUMIOSÍNTESIS

Algunas bacterias pueden obtener la energía que precisan para sus funciones vitales oxidando compuestos químicos inorgánicos. Producen ATP por mecanismos muy diferentes a los de la fotosíntesis. Utilizan NADH en vez del NADPH de los fotosintetizadores. Ejemplos son; Bacterias nitrificantes, Ferrobacterias, Bacterias fijadoras de nitrógeno, Sulfobacterias incoloras…

LA BASE DE LA HERENCIA. GENÉTICA MOLECULAR.

BIOLOGÍAEL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

Las características morfológicas, estructurales y fisiológicas caracterizan a los individuos y forman el FENOTIPO. Las células reciben instrucciones de cómo, cuándo y qué debe hacerse en cada momento. Dichas instrucciones están contenidas en la información genética que forma parte del ADN.

El genoma es un conjunto de secuencias de nucleótidos de ADN contenido en cualquier célula de un organismo y responsable del funcionamiento celular. Las unidades funcionales que lo forman son los genes. Cada gen contiene la información necesaria para la síntesis de una proteína.

Los genes son fragmentos de ADN que tienen capacidad de replicarse y transmitirse. Lo que se hereda es fundamentalmente ADN, una molécula informativa que contiene la información necesaria para el desarrollo de un nuevo ser.

Los genes se expresan cuando la información que contienen se traduce para formar proteínas con una función biológica específica. Hoy se sabe que muchos genes no se expresan y algunos de ellos tienen una función reguladora de la expresión. Por tanto, la función de los genes es contener la información necesaria para producir una función celular o su regulación.

La conservación requiere una molécula estable, el ADN y mecanismos que eviten su alteración, aunque los cambios genéticos son necesarios para la evolución.

La transmisión se lleva a cabo, durante el proceso de reproducción, desde un ser vivo a sus descendientes y constituye la herencia biológica. El crecimiento de un ser pluricelular, mediante mitosis, también supone transmisión de información genética. Tanto en uno como en otro caso es necesario realizar copias del ADN, lo que se denomina replicación.

La expresión génica requiere un flujo de información desde el ADN, a través de intermediarios, hasta la síntesis de las cadenas polipeptídicas que forman las proteínas. Del ADN se copia un fragmento sintetizándose un ARNm, en un proceso denominado transcripción. La molécula de ARNm contiene la información necesaria para fabricar un polipéptido mediante un proceso de traducción, que tiene lugar en el ribosoma. La correspondencia entre la información contenida en el ADN (secuencia de nucleótidos) y la contenida en la proteína (secuencia de aminoácidos) viene establecida por el código genético.

El ADN debe transmitirse fielmente a cada una de las células hijas obtenidas tras la división celular. Por tanto, antes de producirse ésta, es imprescindible que el ADN pueda formar réplicas exactas de sí mismo para disponer de dos copias iguales. Este proceso, denominado replicación o autoduplicación se lleva a cabo durante la fase S de la interfase celular.

EL CÓDIGO GENÉTICO

BIOLOGÍA El código genético es la relación de correspondencia que existe entre los nucleótidos (o más exactamente sus bases nitrogenadas) de un ácido nucleico y los aminoácidos de una proteína.

Las principales características del código genético son:

a. El código genético está degenerado. Cada aminoácido está codificado por un triplete de bases, por lo que existen 64 tripletes para tan solo 20 aminoácidos. Esto implica que muchos son tripletes sinónimos, es decir codifican el mismo aminoácido. Sólo la metionina y el triptófano tienen un único triplete codificador.

b. El código genético es considerado universal. Salvo algunas excepciones que presentan las mitocondrias, los cloroplastos y los protozoos ciliados, desde las bacterias a los mamíferos se comparte un único código genético.

c. El código genético es conservador, es decir se ha mantenido a lo largo de la evolución. Esto es lógico teniendo en cuenta que un cambio en el código afectaría a todas las proteínas y sería incompatible con la vida.

En las tablas el código genético aparece en términos de ARN mensajero. El triplete de ARNm que codifica un aminoácido se denomina codón.

EXPRESIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

TRANSCRIPCIÓN

Proceso por el cual se copia la información genética del ADN al ARNm. Consiste en la síntesis de una molécula de ARN. Para la transcripción son necesarios:

a. Nucleótidos A, G, C y U.b. La enzima ARN-POLIMERASA, que cataliza la unión de ribonucleótidos según una secuencia

determinada.c. Un molde o patrón, que será una de las cadenas del segmento que se va a transcribir.

La transcripción se basa en la complementariedad de las bases y está catalizada por la ARN-POLIMERASA. El trozo de ADN que se transcribe se llama gen.

En el caso de los procariotas el ARN formado se usa de inmediato, sin necesidad de otro proceso, como ocurre en los eucariotas en los que se deben eliminar algunas porciones inútiles llamadas INTRONES en el proceso de MADURACIÓN. Los segmentos que se conservan son los EXONES.

TRADUCCIÓN

BIOLOGÍA Es la formación de proteínas a partir de la información genética del ARNm. Supone un cambio de lenguaje, pues de las 4 letras ácidos nucleicos pasamos a un lenguaje de 20 letras de los aminoácidos. Cada 3 nucleótidos codifican un aminoácido. Cada triplete se denomina CODÓN. Se conoce la correspondencia entre codones y aminoácidos.

Características de la traducción:

a. Es universal, es decir, igual para cualquier organismo.b. No permite solapamiento ni discontinuidades. Los tripletes se interpretan uno tras otro y una

base no puede quedar sola ni pertenecer a 2 tripletes consecutivos.c. Posee un codón de iniciación AUG y 3 codones que anuncian el final de la síntesis.d. Es altamente específica, cada codón sólo codifica un aminoácido.e. Varios codones pueden codificar un mismo aminoácido. Estos codones tienen en común las 2

primeras bases.

MUTACIONES

Una mutación es cualquier alteración en el material genético. Esta alteración puede tener o no consecuencias en la expresión de los genes. Se producen al azar y generalmente crean deficiencias en el individuo que las padece, y en ocasiones la muerte. A veces pueden ser beneficiosas y contribuyen a la evolución de los seres vovos.

Tipos de mutaciones:

a. Génicas. Afecatan a la secuencia nucleotídica de un gen. (Se denominan puntuales cuando consisten en la sustitución de una base nitrogenada por otra dentro de la secuencia del ADN).

b. Cromosómicas. Afectan a un solo cromosoma. Entre otras son: delección (pérdida de un fragmento de cromosoma); inversión (rotura y volteo de un fragmento de cromosoma); translocación (cambio de posición de un fragmento de cromosoma), etc.

c. Genómicas. Afectan al número de cromosomas de la célula. En el caso de la aneuploidia, hay cromosomas de más o de menos (ej.: síndrome de Down) y en la euploidia, hay juegos de cromosomas suplementarios (triploides, hexaploides, poliploides en general).

Factores que influyen en la frecuencia de una mutación:

a. La frecuencia de la división celular, ya que las mutaciones se producen fundamentalmente durante la replicación del ADN.

b. La secuencia de las bases nitrogenadas de un gen. Existen combinaciones que son más estables. Por lo general C=G son más estables que A=T.

c. Los factores ambientales como radiación, agentes químicos…

MEIOSIS Y REPRODUCCIÓN SEXUAL

BIOLOGÍA Es un proceso de reproducción celular en el cual cada célula progenitora diploide se divide en 4 células haploides llamadas GAMETOS. Estas células se fusionarán en el proceso de fecundación y darán lugar al ZIGOTO, una nueva célula diploide. En realidad es un proceso que consiste en 2 divisiones celulares consecutivas, aunque sólo se produce una duplicación cromosómica.

La duplicación de cada cromosoma durante la interfase origina 2 cromátidas llamadas cromátidas hermanas.

En la 1ª división se produce la separación de cada uno de los 2 juegos de cromosomas. En la 2º división, prácticamente idéntica a la mitosis, se separan cada una de las cromátidas hermanas. En consecuencia, cada célula hija sólo tiene 1 juego de cromosomas.

Cada una de las divisiones de la meiosis se divide a su vez en 4 etapas; profase, metafase, telofase y citisinesis.

LA 1ª DIVISIÓN MEIÓTICA

En esta etapa ocurre lo más importante de la meiosis, la recombinación genética. Este proceso consiste en un intercambio de material genético entre las cromátidas de 2 cromosomas homólogos. Ocurre en la profase y es visible porque los cromosomas aparecen entrecruzados.

Profase I. Se produce la condensación de los cromosomas duplicados en la interfase y el entrecruzamiento cromosómico y posterior separación tras el intercambio genético. Se divide en 5 subfases:

1. Leptoteno: Se observa como los cromosomas empiezan a condensarse. La membrana nuclear está intacta y cada cromosoma se encuentra unido por sus extremos a la cara interna de la membrana nuclear mediante la llamada PLACA DE UNIÓN.

2. Zigoteno: Empieza con el apareamiento de los cromosomas (sinapsis). Los extremos se aparean continuando hacia el interior. El resultado final es la formación de una estructura con forma de escalera llamada COMPLEJO SINAPTONÉMICO. El borde de la estructura es un eje proteico sobre el que se plegarán las cromátidas. El ADN se dispone en forma de bucles que salen de cada eje.

3. Paquiteno: Es la etapa de mayor duración. Se produce el acortamiento y engrosamiento de los bivalentes y se produce el apareamiento más íntimo de la sinapsis. Se produce el intercambio de segmentos (genes) entre cromátidas no hermanas (cromátidas homólogas), proceso denominado recombinación génica. La recombinación es consecuencia de roturas transversales en las cromátidas homólogas y posterior unión cruzada de los extremos rotos (sobrecruzamiento). Así quedan formando parte del mismo ADN pedazos que inicialmente pertenecían a dos cromosomas homólogos. Este proceso aporta variabilidad genética a las especies al ser fuente de aparición de nuevos genes.

4. Diploteno: Los cromosomas homólogos se separan (sobre todo por los centrómeros) mientras las cromátidas hermanas siguen unidas por los centrómeros. Los puntos de contacto entre cromosomas homólogos (quiasmas) son las zonas donde se ha producido la recombinación y suelen ser dos o tres en cada bivalente.

5. Diacinesis. Los cromosomas alcanzan su máximo grosor. Los quiasmas van desplazándose hacia los extremos del bivalente (terminalización de los quiasmas).

Metafase I. Se produce el crecimiento de los microtúbulos. La interacción de los microtúbulos con los cromosomas produce el ordenamiento de los pares homólogos.

BIOLOGÍAAnafase I. La mitad de cada tétrada o bivalente, es decir, una pareja de cromátidas hermanas (diada) se separa hacia cada uno de los polos de la célula, arrastrada hacia los polos por el acortamiento de los microtúbulos del huso. Se produce por tanto la separación en dos grupos de cromosomas cada uno de los cuales tiene dos cromátidas.

Telofase I. Cuando los dos lotes de cromosomas alcanzan los polos del huso, en algunos organismos se forman sendas membranas nucleares y la célula se divide en dos células hijas. En cambio en otros organismos, se inicia la Meiosis II sin que haya una previa división celular.

LA 2ª DIVISIÓN MEIÓTICA

La única diferencia con la mitosis es que sólo hay un juego de cromosomas y no 2.

Profase II. Suele ser muy breve. Los cromosomas están duplicados (dos cromátidas) pero el número de cromosomas de cada célula es la mitad que en la célula progenitora, son por tanto haploides (n). Se desorganiza la membrana nuclear y se forma el huso acromático.

Metafase II. Los cromosomas se reúnen formando la placa ecuatorial. Esta se forma generalmente en dirección perpendicular a la que se formó en la metafase I.

Anafase II. Se dividen los centrómeros separándose las cromatinas hermanas que emigran a polos opuestos y se convierte en cromosomas con una sola cromátida.

Telofase II. Los cromosomas se descondensan volviendo al estado de cromatina. Se reorganizan las envolturas nucleares y se dividen los citoplasmas originándose cuatro células.

BIOLOGÍA COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

MITOSIS MEIOSIS

Una división cromosómica que separa las cromátidas hermanas (división ecuacional)

Una división que separa los cromosomas homólogos (división reduccional).

Una división cromosómica que separa las cromátidas hermanas (división ecuacional)

Se produce una sola división del citoplasma Se producen dos divisiones citoplasmáticas (aunque se dan excepciones).

No existe apareamiento entre cromosomas ni intercambio genético

Se produce apareamiento e intercambio genético entre homólogos

Se forman dos células hijas Se forman cuatro células hijas

Cada célula hija tiene la misma composición genética (clon)

Las células hijas presentan distintas combinaciones genéticas por mezcla de los cromosomas paternos y maternos.

El número de cromosomas de las células hijas es igual que el de la célula madre

Las células hijas tienen la mitad de cromosomas de la célula madre

Es el mecanismo de división de las células somáticas

Es el proceso de división que origina las células sexuales

Este tipo de división se inicia en el cigoto y sigue actuando durante toda la vida del organismo

Este tipo de división se inicia cuando el organismo alcanza la madures (o en el cigoto en el caso de algas y hongos)

MICROBIOLOGÍA Y BIOTECNOLOGÍA.

BIOLOGÍA

LOS MICROORGANISMOS.

La microbiología estudia las formas microscópicas (microorganismos o microbios) de los reinos Monera, Protoctistas y Hongos. También se ocupa de entidades no celulares como los virus, o agentes patógenos moleculares como viroides y priones.

La capacidad de los microorganismos para fabricar sustancias útiles muy diversas es la base de la biotecnología. En la actualidad técnicas biotecnológicas (desarrolladas a partir de la ingeniería genética) hacen producir a los microorganismos: antibióticos, vitaminas, fármacos, insecticidas, biocombustibles o colorantes, entre otros productos industriales.

El otro aspecto importante del estudio de los microorganismos reside en su capacidad para producir enfermedades en el ser humano y en otros organismos, por lo que la microbiología constituye una disciplina fundamental dentro de la medicina.

Todos los organismos que se integran en los cinco reinos están constituidos por una o más células, es decir, son celulares. Sin embargo existen en la naturaleza estructuras acelulares o subcelulares, que no pueden alimentarse, ni crecer y, aunque son capaces de reproducirse, sólo lo hacen dentro de una célula hospedadora, de la que utilizan sus estructuras vitales.

FORMAS ACELULARES.

Las formas acelulares se clasifican y estudian aparte, sin adscribirlas a ningún reino y son: los viroides, los priones y los virus.

VIROIDES: Son los agentes infecciosos más pequeños que se conocen. Están formados por pequeñas moléculas de ARN monocatenario circular y carecen de recubrimiento proteico. La molécula de ARN se localiza en el núcleo de la célula parasitada, tiene menos de 400 nucleótidos, está aplastada y presenta numerosos apareamientos de bases intracatenarios.

Son parásitos intracelulares obligados que afectan exclusivamente a plantas como la patata, el limonero, el tabaco, etc., produciendo graves daños en las cosechas.

Se supone que actúan interfiriendo los genes nucleares, sin llegar a traducirse en ningún tipo de proteínas, es decir, no funcionan como ARNm y su replicación depende por completo de los enzimas de la célula. Se transmiten por insectos o por el material agrícola infectado.

PRIONES: Son pequeñas partículas proteínicas infecciosas. Son formas alteradas de una proteína normal de la membrana celular denominada proteína del prión.

Los priones se multiplican convirtiendo proteínas normales en moléculas infectivas únicamente modificando su estructura, ya que ambas mantienen la misma secuencia de aminoácidos. El cambio de conformación se debe a la conversión de regiones de hélice alfa, de la zona central de la molécula, en hojas beta plegadas.

La infección se propaga cuando proteínas infecciosas entran en contacto con las normales situadas en las membranas de las neuronas. Se produce entonces una reacción en cadena en las que las moléculas patológicas atacan a las normales y éstas, transformadas en patológicas, a otras normales, y así sucesivamente, extendiendo la infección por el cerebro y provocando una encefalopatía espongiforme.

BIOLOGÍA En humanos la enfermedad de Creutzfeld-Jakob está causada por estos agentes infecciosos y puede ser hereditaria (10-15% de los casos) o adquirida por consumo de vacuno (vacas locas).

VIRUS: Un virus en un parásito intracelular obligado. Los virus no son células, su estructura es acelular. Están compuestos por pequeñas moléculas de ácido nucleico, protegidas dentro de una cubierta proteica, que los capacita para penetrar en la célula. Su tamaño va desde los 20 a los 300 nm, por lo que sólo pueden observarse al microscopio electrónico.

Se discute entre si son seres vivos o no ya que están en el límite al poder reproducirse pero no están compuestos por células ni realizan otras funciones vitales por sí solos. Sólo pueden multiplicarse en el interior de una célula viva, ya que necesitan la maquinaria sintética (ribosomas) y energética (mitocondrias) de la célula para ello. Parasitan células de organismos de los cinco reinos.

Sólo presentan un tipo de ácido nucleico: ADN o ARN, pero nunca ambos a la vez.

Presentan una fase de eclipse en su ciclo de multiplicación, en la que no pueden ser localizados dentro de la célula hospedadora.

Son perjudiciales ya que al reproducirse destruyen la célula y para sita a otra.

Estructura de un virus: Están formados por una cápsida o envoltura de proteínas globulares que protege al ácido nucleico del interior. Según la cápsida podemos diferenciar:

- Virus icosaédricos: tienen 20 caras triangulares y dentro el ácido nucleico apelotonado. Son los causantes de las verrugas.

- Virus helicoidales: Los capsomeros se disponen helicoidalmente y el ácido nucleico tiene forma de muelle.

- Virus complejos: Son barteriófagos, poseen una cabeza icosaédrica y una cola con sistemas de anclaje para inyectar el ácido nucleico a la bacteria.

Dentro se localiza el ácido nucleico, ADN o ARN pero nunca los 2 a la vez.

REPRODUCCIÓN DE UN VIRUS: Los virus necesitan un huésped para su reproducción, pues logran que éste sintetice lo que necesitan para formar nuevos virus. Una vez formados salen de la célula para infectar a otras. El virus se vale de la maquinaría que usa la célula para formar sus estructuras con el siguiente proceso:

- Fijación del virión a la célula por los receptores específicos (oligosacáridos).- Penetración del virus o inyección de ácido nucleico.- Replicación de ácido nucleico del virus.- Formación de las proteínas de la cápsida.- Construcción del nuevo virus.- Liberación fuera de la célula.

Para el caso de los bacteriófagos el ciclo vital puede seguir 2 caminos:

1. CICLO LÍTICO: El ADN vírico se inyecta, se replica y degrada el ADN de la célula huésped. Se forman los nuevos viriones que salen al exterior al producirse la lisis de la célula.

BIOLOGÍA2. CICLO LISOGÉNICO: El ADN vírico se inyecta y se integra en el ADN de la célula que sigue su

curso produciendo una mitosis sin que l virus produzca daño alguno a la bacteria hasta que llega un momento en que deja su estado latente y sigue el ciclo lítico.

BACTERIAS

Pertenecientes al reino monera. Constituido por organismos de células procarióticas. Se encuentran en todo tipo de medios y son predominantemente unicelulares, aunque pueden presentar formas coloniales.

Su tamaño está comprendido entre 0,2-10 m. Las células pueden ser inmóviles, presentar un movimiento mediante flagelos bacterianos o desplazarse por deslizamiento sobre una superficie. El material genético (genoma) nunca está aislado del citoplasma por una membrana nuclear.

La reproducción es asexual, mediante división celular que se lleva a cabo por simple bipartición. Existen procesos de transferencia génica que constituyen mecanismos parasexuales.

Presentan una gran variedad de formas de nutrición, existiendo bacterias autótrofas (tanto fotosintéticas como quimiosintéticas) y heterótrofas (saprófitas, parásitas y simbiontes). La nutrición se lleva a cabo tomando los nutrientes en forma molecular, sin que existan procesos de endocitosis o exocitosis.

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA

Aunque la diversidad de los procariotas es enorme, las bacterias son representativas del grupo y en ellas aparecen todas o algunas de las siguientes estructuras:

Flagelos: Son apéndices móviles, de naturaleza proteica, que se originan en el citoplasma y actúan como medio de locomoción.

Fimbrias o “pili”: Compuestos también por proteínas, se originan en la membrana celular. Algunos están implicados en la transferencia de material genético y otros tienen función de adherencia. También parecen proteger la pared celular del ataque de bacteriófagos y fagocitos.

Cápsula: Es una capa gelatinosa que recubre algunas bacterias y es la cubierta más externa. Está compuesta generalmente de polisacáridos y/o proteínas.

Glucocálix: Las bacterias pueden fijarse a distintas superficies. Esta adherencia se consigue mediante una masa de fibras constituidas por polisacáridos ramificados, que se extienden desde la superficie bacteriana y forman un compacto glucocálix que rodea las células individualmente o una colonia de ellas. El glucocálix puede actuar también concentrando enzimas líticas, almacenando y canalizando alimentos, y protegiendo la bacteria frente a la fagocitosis, interfiriendo con la respuesta inmune y con los antibióticos.

Pared celular: La presión osmótica interna de una bacteria es muy superior a la del medio en el que vive, en estas circunstancias existe una gran tendencia a la entrada de agua por ósmosis. La pared celular

BIOLOGÍAevita dicha entrada y la destrucción de la bacteria como consecuencia de ella. Existen dos tipos básico de pared celular en las bacterias, que se distinguen por sus propiedades de tinción:

1. Bacterias gramnegativas (Gram -). La pared está constituida por una capa delgada de péptidoglucano (mureína) (polímero formado por cadenas de moléculas alternativas de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico, conectadas por péptidos). En el exterior de esta capa se halla una capa de lipoproteína unida a una membrana externa con liposolisacáridos que actúan como toxina (endotoxina). En conjunto la pared es delgada y se tiñe de color rosa pálido con la tinción de Gram.

2. Bacterias grampositivas (Gram +). Poseen una capa muy gruesa de mureína asociada con ácidos teicoicos. La pared es mucho más gruesa que en las bacterias gramnegativas, su estructura es más simple y se tiñe de púrpura con el método de tinción de Gram.

Membrana plasmática: La membrana que engloba el citoplasma bacteriano tiene la típica estructura de una membrana celular compuesta de una bicapa de fosfolípidos asociada a proteínas. En estas membranas no se encuentra colesterol, lo que las diferencia de las membranas de las células eucariotas.

Las principales funciones de esta membrana son:

- Barrera osmótica. Ejerce una permeabilidad selectiva y e interviene en el transporte activo de solutos hacia el interior.

- Soporte para numerosos enzimas (enzimas respiratorios y fotosintéticos entre otros) que suelen aparecen unidos a invaginaciones de la membrana denominadas mesosomas.

- Excreción de exoenzimas hidrolíticas.

Mesosomas: Son invaginaciones de la membrana plasmática, de forma variada, asociadas a procesos enzimáticos, así como la formación del tabique celular durante la división celular. Generalmente el ADN bacteriano se encuentra unido a un mesosoma y éste participa en la separación y replicación del ADN para la división celular.

Citoplasma: El citoplasma bacteriano es una solución acuosa de sales minerales, azúcares, vitaminas, enzimas, etc. En él tiene lugar el metabolismo celular.

No contiene orgánulos celulares. Posee ribosomas 70 S, generalmente asociados formando polirribosomas y unidos con frecuencia a la membrana celular. En numerosas bacterias se encuentran también inclusiones en forma de gránulos formados por sustancias almacenadas, tales como polisacáridos, lípidos o polifosfatos.

Cromosoma bacteriano: El genoma bacteriano está constituido por una larga molécula de ADN bicatenario y circular, que está escasamente asociado a proteínas y constituye un único cromosoma.

Plásmidos: Están constituidos por moléculas de ADN bicatenario, circular y extracromosómico, que se encuentran en todas las bacterias y en algunos eucariotas levaduras, mosca del vinagre, etc.) Hay entre 2 y 30 copias de cada plásmido por célula. Presentan de 2 a 250 genes en cada plásmido.

Los plásmidos pueden ser transferidos entre células. No son necesarios para la vida de la célula, aunque proporcionan rasgos genéticos importantes, ya que son capaces de insertarse en diferentes puntos del cromosoma e inducir la aparición de mutaciones. Por eso se les denominó transposones.

BIOLOGÍA Los plásmidos son capaces de:

- Aportar la información para la conjugación bacteriana, mediante la cual se intercambia información genética entre diferentes especies bacterianas.

- Conferir resistencia a los antibióticos y otras sustancias tóxicas para las bacterias.- Permitir el aprovechamiento de nuevos tipos de nutrientes.- Transformar una bacteria en patógena.

Son utilizados en la ingeniería genética para introducir genes no bacterianos en el cromosoma de las bacterias.

FORMAS BACTERIANAS

Una de las primeras clasificaciones que se hicieron de las bacterias es la que atiende a la forma de las células: cocos (esféricos), bacilos (más o menos alargados y rectos), vibrios (cilindros cortos y curvos), espirilos (largos y ondulados, serpentiformes) y espiroquetas (alargadas en espiral). También hay bacterias piriformes o de aspecto irregular.

Los cocos pueden agruparse en pares (diplococos), racimos (estafilococos), masas cúbicas de 8 células (sarcinas) y cadenas arrosariadas (estreptococos).

Los bacilos, que generalmente se presentan aislados, pueden formar cadenas, colonias móviles o estructuras pedunculadas.

CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS

La taxonomía (clasificación) del Reino Monera es sumamente compleja. En general se distinguen los siguientes grupos bacterianos principales:

Cianobacterias: Organismos bacterianos aerobios, de tamaño grande, unicelulares o coloniales. Son fotosintéticos (fotosíntesis oxigénica), poseen clorofila a (como las algas y las plantas) y sus pigmentos están situados en membranas citoplasmáticas (tilacoides). No pueden respirar y realizar la fotosíntesis al mismo tiempo, por lo que respiran sólo de noche, a diferencia de las plantas. Su metabolismo incluye la fijación biológica de nitrógeno atmosférico.

Eubacterias: Son el conjunto de organismos más abundante de la Tierra. Se dividen en tres grupos:

Eubacterias gramnegativas con pared celular: Organismos inmóviles, con flagelos o deslizantes. De formas variadas y a veces con cápsula. Incluye especies aeróbicas y anaeróbicas. Algunas son parásitos intracelulares obligados. Muchas causan enfermedades: sífilis, gonorrea, peste, tifus, etc.

Eubacterias grampositivas con pared celular: Presentan formas celulares esféricas, bacilares o filamentosas, a veces ramificadas. Se reproducen por división binaria (bipartición). Algunas producen esporas como formas de resistencia (endosporas). Generalmente son heterótrofas. Hay especies patógenas (difteria, botulismo, tuberculosis, tétanos, lepra, etc.) y otras de interés industrial (fabricación de productos lácteos y de antibióticos).

Eubacterias sin pared celular: Llamadas tradicionalmente micoplasmas, carecen de pared celular y son los organismos de vida libre conocidos que tienen menor cantidad de ADN por célula. Presentan formas variadas y suelen ser inmóviles. Carecen de formas de resistencia. Pueden ser saprófitos (se nutren de

BIOLOGÍAmateria orgánica en descomposición) o parásitos de animales y plantas. Los antibióticos no inhiben su crecimiento. Entre las enfermedades que producen destaca la neumonía.

Arqueobacterias: Grupo muy heterogéneo, separado tanto de las eubacterias como de los eucariotas. La mayoría anaerobias, pueden ser de forma esférica, espirales, aplanadas o bacilares. Tienen pared celular distinta de las eubacterias (carecen de péptidoglucano). Los lípidos de sus membranas son largas cadenas de alcohol isoprénico unidas a la glicerina por enlaces éter. Los principales grupos son:

Metanogénicas: Viven en ambiente anaerobio, ricos en materia orgánica en descomposición (aguas estancadas, pozos negros). También viven en el tubo digestivo de los animales, en fuentes termales y en fondos oceánicos. Producen metano reduciendo el dióxido de carbono.

Halófilas extremas: Necesitan vivir en un medio con elevadas concentraciones de sal, donde colorean el agua de rojo (salinas, charcas de zonas costeras, mar Muerto).

Termófilas o termoacidófilas: Se encuentran en manantiales de aguas termales ácidas, soportando temperaturas superiores a los 90 ºC y pH inferior a 2. También se encuentran en suelos ácidos y en los humeros submarinos. Muchas de ellas son quimiosintéticas.

REPRODUCCIÓN BACTERIANA

Las bacterias se reproducen de forma asexual, por división binaria o bipartición. Consiste en la replicación del cromosoma bacteriano y en la división del citoplasma mediante la formación de un tabique, que generalmente se inicia a partir de la zona del mesosoma al que se halla unido el ADN. El proceso no incluye la formación de un aparato mitótico ya que el reparto del material genético es muy simple y se lleva a cabo con la ayuda del mesosoma.

Además de este tipo de división, las bacterias presentan algunos procesos relacionados con la supervivencia y reproducción como son la formación de esporas y los mecanismos parasexuales de intercambio genético.

ENDOSPORAS BACTERIANAS

Muchas bacterias unicelulares, bacilares, grampositivas y aerobias o anaerobias, forman endosporas, que son unas estructuras que se originan en el interior de la célula bacteriana como respuesta a condiciones ambientales adversas. Una vez liberadas, por rotura de la célula bacteriana, se comportan como células latentes o de resistencia, pudiendo permanecer en este estado muchos años. Cuando mejoran las condiciones ambientales la endospora se reactiva (germina) y crece hasta formar una célula bacteriana normal.

Las endosporas contienen el ADN bacteriano, algo de citoplasma muy deshidratado y una cubierta muy gruesa con tres capas:

Córtex: Rodea a la pared celular. Es la capa más interna de la endospora.

Cubierta de la espora: Es una capa muy densa y gruesa, compuesta de proteínas hidrofóbicas. Representa hasta un 60% del peso de la endospora.

Exosporio: Es una capa delgada que sólo está presente en algunas bacterias.

BIOLOGÍAPARASEXUALIDAD BACTERIANA

Las bacterias presentan una serie de procesos de transferencia genética que se conocen como mecanismos parasexuales. Estos fenómenos son los responsables de la gran variabilidad existente en las comunidades y poblaciones bacterianas. Se conocen tres modalidades de intercambio genético bacteriano:

Conjugación: Consiste en la transferencia de un pequeño segmento de ADN adicional o plásmido. Se lleva a cabo a través de unas estructuras huecas, los pili o pelos sexuales.

El plásmido mejor estudiado es el factor F, de E. coli.

El factor F se replica a la vez que se realiza la transferencia. La bacteria receptora adquiere las características genéticas presentes en el plásmido transferido.

Transformación: Una bacteria modifica su genoma por la incorporación de ADN libre en el entorno, liberado por la lisis de otra bacteria. El ADN transformante se incorpora irreversiblemente al cromosoma bacteriano.

Transducción: Es el proceso parasexual en el que, por medio de la intermediación de virus bacteriófagos atemperados, se realiza la transferencia de información genética entre bacterias a expensas del ADN del fago y sin que se produzca contacto físico entre las bacterias. El bacteriófago aporta ADN de la última bacteria parasitada. El ADN bacteriano que porta el fago transductor se recombina con el cromosoma de la bacteria receptora, dando lugar a un nuevo genotipo.

BIOTECNOLOGÍA

Consiste en la aplicación de los conocimientos y técnicas de la biología para producir sustancias y productos útiles para el hombre. Ejemplos son la inseminación artificial, la clonación, la manipulación genética o la obtención de medicamentos y alimentos. No se trata de una ciencia, sino de la aplicación de los conocimientos de otras.

El aprovechamiento que mediante la biotecnología hacemos de muchos microorganismos hace que a menudo los consideremos beneficiosos. Se usan en sectores como:

1. Agricultura y ganadería: Su principal uso es la lucha contra las plagas creando microorganismos que las combatan de forma biológica, evitando así el uso de sustancias químicas. Dentro de las bacterias patógenas a los insectos está la más conocida, bacillus thurigiensis, que tiene propiedades insecticidas contra más de 150 especies de insectos, ya que produce la cristalina, que es una toxina que produce la parálisis y muerte de los insectos afectados. Los últimos avances introducen el gen de la toxina en las plantas, que se denominan transgénicas.

2. Industria: Se usan microorganismos como bacterias y levaduras para la obtención de productos lácteos, bebidas alcohólicas…Quizás el uso industrial más importante sea el farmacéutico, ya que se usan para producir antibióticos a gran escala. También se usan en la industria textil y papelera para producir enzimas.

3. Conservación del medio ambiente: Muchos organismos producen reacciones interesantes para los humanos porque dan lugar a sustancias que podemos usar como fuente de energía. Es el caso del gas natural. Por otro lado algunos microorganismos atacan al petróleo.

BIOLOGÍA4. Salud: Mediante el conocimiento de los agentes infecciosos hemos podido desarrollar un mejor

control de las enfermedades.

INMUNOLOGÍA

LOS MECANISMOS DE DEFENSA DE LOS SERES VIVOS

Todos los organismos pluricelulares tienen sistemas de defensa orgánica que aseguran su integridad funcional. Su misión consiste en reconocer sustancias, células, tejidos y órganos propios, diferenciándolos de los agentes extraños (moléculas, microorganismos, tejidos...) que les pudieran invadir para destruirlos. Además este sistema defensivo puede eliminar células propias lesionadas o enfermas.

Los microorganismos (protozoos, hongos, bacterias y virus) hacen actuar a los mecanismos de defensa e instauran un estado de inmunidad (del latín inmmunitas: libre o exento de) contra la infección.

Existen dos grandes grupos de barreras defensivas orgánicas:

1. Mecanismos no específicos. Actúan como barrera mecánica y química. No se modifican por el contacto previo con el patógeno.

- Piel. Barrera mecánica prácticamente impermeable a los microorganismos, salvo que esté dañada (heridas, quemaduras). Barrera química, debido a su pH ácido provocado por las secreciones: ácido láctico, secreción sebácea, sudor.

- Mucosas. Revisten las cavidades del organismo. La secreción de moco impide la fijación de bacterias y facilita su expulsión del organismo (movimientos ciliares, tos, estornudo...)

- Fluidos (saliva, lágrimas, orina...). Muchas de las secreciones corporales contienen sustancias bactericidas (lisozima, ácido clorhídrico, espermina, lactoperoxidasa).

- Flora microbiana natural. Las bacterias normales del organismo inhiben la proliferación de las especies bacterianas patógenas y de los hongos por liberación de sustancias bactericidas o por la competencia por los nutrientes esenciales.

- Respuesta inflamatoria. La inflamación es una respuesta inespecífica local que aparece cuando hay rotura celular o invasión de gérmenes a través de las defensas mecánicas del organismo (p. ej. piel). Se debe a la liberación de sustancias mediadoras de la inflamación (histamina y otras) por las células epiteliales y conectivas (mastocitos o células cebadas) dañadas.

La histamina dilata las arteriolas con lo que aumenta el flujo sanguíneo. Los capilares se relajan con lo que los fagocitos (monocitos, eosinófilos y neutrófilos) abandonan la sangre (diapédesis) y se acumulan en la zona de la lesión, activando también a los linfocitos para provocar una respuesta defensiva específica. Los macrófagos muertos llenos de bacterias fagocitadas, junto con suero sanguíneo y partículas de grasa, constituyen la pus.

Los síntomas de toda inflamación son: tumor (hinchazón de la zona afectada), calor (aumento local de la temperatura), rubor (enrojecimiento) y dolor. El dolor se debe a la acción de las prostaglandinas.

2. Mecanismos de defensa específicos. Responde de forma concreta a la introducción de sustancias extrañas (macromoléculas, microorganismos, células ajenas, tejidos extraños...). Estos mecanismos son llevados a cabo por el sistema inmune.

BIOLOGÍA

EL SISTEMA INMUNITARIO

El sistema inmunitario, o inmune, está integrado por componentes celulares responsables de la respuesta celular y sustancias solubles (proteínas) responsables de la respuesta humoral que actúan coordinada y complementariamente. En la inmunidad mediada por células, los macrófagos activados por los linfocitos T, eliminan a los microorganismos intracelulares o destruyen las células infectadas (por ejemplo por virus). En la inmunidad humoral, los anticuerpos secretados por los linfocitos B, eliminan a los microorganismos y otros agentes extracelulares.

El sistema inmune se encuentra distribuido por todo el organismo (excepto el cerebro), transportado por la sangre, la linfa y los líquidos intersticiales, se concentra en órganos especializados como la médula ósea, el bazo, la glándula timo y los nódulos o ganglios linfáticos.

El sistema inmune se está renovando continuamente y es responsable de conferir inmunidad. Ésta puede definirse como la resistencia que presentan los organismos frente a las infecciones causadas por la invasión de moléculas extrañas y gérmenes patógenos.

LA RESPUESTA INMUNE

Las moléculas que ponen en acción el sistema inmune son los antígenos. La respuesta inmune es el conjunto de fenómenos mediante los que un antígeno condiciona la formación de células (respuesta celular) o anticuerpos (respuesta humoral) capaces de unirse específicamente a él para su neutralización. La respuesta inmunitaria presenta una serie de características:

- Especificidad. Existe una respuesta inmune específica para cada tipo de antígeno. Las zonas del antígeno que son reconocidas por los linfocitos se denominan determinantes antigénicos o epítopos.

- Diversidad. Los linfocitos de los mamíferos son capaces de reconocer una gran variedad de antígenos (no menos de 109 epítopos diferentes).

- Memoria. Tras la exposición y respuesta del sistema inmune a un antígeno (respuesta primaria), aumenta su capacidad de respuesta futura (respuesta secundaria) frente a ese mismo antígeno.

- Especialización. El sistema inmunitario produce diferentes respuestas frente a diferentes microorganismos o moléculas infectantes.

- Autolimitación. Tras la desaparición del estímulo antigénico la respuesta inmunológica está programada para decrecer de forma paulatina hasta su extinción.

Existen dos tipos de respuesta inmune:

1. Respuesta inmune primaria es la que se produce en el primer contacto con el antígeno. Tras un tiempo de latencia se inicia la fase de crecimiento que lleva a la aparición exponencial de los anticuerpos en la sangre del individuo. Tras un máximo de producción se produce el decrecimiento hasta la desaparición de los anticuerpos en el plasma. Los anticuerpos que se forman son las inmunoglobulinas M (IgM).

2. Respuesta inmune secundaria es la que se produce ante un nuevo contacto con un antígeno que haya producido una respuesta primaria. Las respuestas secundarias son más rápidas y duraderas y, en ocasiones, más intensas. Esta memoria inmunológica, se debe a la capacidad de los linfocitos T y B de multiplicarse frente a la estimulación de antígenos (selección clonal). Así

BIOLOGÍAse forman clones de células de memoria que sobreviven durante mucho tiempo dispuestos a responder frente a una nueva invasión del mismo antígeno.

LOS ANTÍGENOS

El término antígeno, además de referirse a las moléculas que generan una respuesta inmune, también da nombre a las moléculas que reaccionan con los anticuerpos o con los linfocitos T. Todas las macromoléculas, como las proteínas o los polisacáridos, suelen ser antígenos para los organismos que no las han producido.

La zona del antígeno por la que se une al anticuerpo es el determinante antigénico o epitopo, y se corresponde con un pequeño fragmento de la molécula situado en su superficie. La zona correspondiente del anticuerpo es el paratopo. Los antígenos y los anticuerpos interactúan por complementariedad espacial (llave-cerradura) uniéndose mediante enlaces débiles.

En función de su origen los antígenos se pueden clasificar en:

- Autoantígenos. Son moléculas propias de un organismo que, de manera anómala, actúan como antígenos contra el mismo. Son responsables de las enfermedades autoinmunes.

- Aloantígenos. Son antígenos ajenos al receptor pero cuyo origen es otro individuo de su misma especie (p. ej. los grupos sanguíneos).

- Xenoantígenos. Son moléculas pertenecientes a organismos de especie diferente a la del receptor, como pueden ser virus o bacterias.

LA RESPUESTA HUMORAL: LOS ANTICUERPOS

Los anticuerpos o inmunoglobulinas son proteínas globulares que pueden reconocer y unirse a ciertas moléculas específicas que son sus antígenos. Los anticuerpos detectan y neutralizan directamente microorganismos como bacterias o virus (lisándolos o bloqueando sus sitios tóxicos) o los recubren o aglutinan (formando una maraña de antígenos y anticuerpos interconectados) para que puedan ser fagocitados por los macrófagos.

Los seres humanos fabrican unos 100 millones de anticuerpos diferentes. Esta variedad se debe a que se forman reuniendo segmentos génicos muy separados, que se unen aleatoriamente para expresarse cuando ha terminado la reordenación. Cuando un antígeno penetra en el organismo induce la producción del anticuerpo correspondiente que puede unirse a él. Los genes que codifican los anticuerpos sufren frecuentes mutaciones, lo que provoca aún mayor variedad y funcionalidad en los mismos.

Los encargados de sintetizar y exportar a la circulación los anticuerpos son los linfocitos B , responsables, por tanto, de la respuesta inmune humoral. Cada linfocito fabrica un solo tipo de anticuerpo.

Estructura de los anticuerpos: Cada molécula de anticuerpo está compuesta por 4 cadenas polipeptídicas (tetrapéptido) unidas por puentes disulfuro intercatenarios. Hay dos cadenas mayores o pesadas (cadenas H) idénticas y dos cadenas menores o ligeras (cadenas L), también iguales. El conjunto tiene forma de Y.

BIOLOGÍA Ambos tipos de cadena tienen una parte muy variable (situada en el extremo amino) que les confiere especificidad y otra, relativamente constante, que es característica de cada clase de inmunoglobulinas.

Cada molécula presenta dos lugares de unión con el antígeno, situados entre los brazos de la Y (donde encaja el determinante antigénico), por lo que se podrá unir a dos antígenos idénticos.

Tipos de anticuerpos. Los seres humanos fabrican 5 clases de inmunoglobulinas.

1. Inmunoglobulina G (IgG). La más abundante en los líquidos corporales, representa el 80% del total de anticuerpos. Se une a microorganismos facilitando su fagocitosis (opsonización). Son los únicos capaces de atravesar la placenta (defensa inmunitaria del embrión). También está presente en la leche materna (defensa inmunitaria del bebé). Junto a las IgA son las mayoritarias en la respuesta inmune secundaria.

2. Inmunoglobulina A (IgA). Se encuentra en el plasma y en las secreciones mucosas y representa el 13 % del total de anticuerpos. Está formada por 2 unidades de anticuerpo. Actúa en la defensa externa del cuerpo y en la de los conductos secretores y excretores.

3. Inmunoglobulina M (IgM). Se encuentra únicamente en el suero sanguíneo y representa el 6% del total. La primera en aparecer en respuesta a una infección (respuesta primaria). Está formada por 5 unidades básicas de anticuerpo. Muy eficaz aglutinando y destruyendo células bacterianas. La unión al antígeno activa el sistema del complemento, que lleva a cabo un ataque bioquímico contra el microorganismo.

4. Inmunoglobulina D (IgD). Se encuentra en la superficie de los linfocitos B, donde actúa como receptor de antígenos. Representa entre el 0-1% de las Ig.

5. Inmunoglobulina E (IgE). Es la que se produce con mayor abundancia en las infecciones e infestaciones. Induce la liberación de histamina por parte de los mastocitos y leucocitos basófilos. Activan los leucocitos eosinófilos para que puedan destruir ciertos parásitos (ej. tenia). Juegan un papel importante en las reacciones alérgicas.

Reacciones antígeno-anticuerpo

- Neutralización. Capacidad de los anticuerpos para anular a ciertos patógenos (virus, toxinas bacterianas...) mediante su unión con ellos, debido a que bloquean sus puntos de unión a células diana.

- Aglutinación. Determinados anticuerpos (aglutininas) pueden unirse a antígenos de superficie (aglutinógenos) de diversos tipos de células o virus. Se forma así un entramado de células y anticuerpos que es destruido por el sistema del complemento, los macrófagos o las células NK.

- Precipitación. Los anticuerpos pueden formar precipitados de antígenos libres (como las toxinas bacterianas). De esta manera impiden la actividad de los mismos y favorece su eliminación al volverlos insolubles.

- Opsonización. La realizan los anticuerpos llamados opsoninas. Los patógenos son recubiertos de este tipo de anticuerpos y esto facilita su fagocitosis.

- Activación del complemento. Los anticuerpos tras su unión al antígeno activan una serie de proteínas del suero que llevan a cabo tres procesos importantes:

- La lisis del microorganismo invasor.- La opsonización de los patógenos y la consiguiente fagocitosis.- El desarrollo de una reacción inflamatoria que atrae hacia la infección células fagocíticas.

BIOLOGÍALA RESPUESTA CELULAR. CÉLULAS DEL SISTEMA INMUNE

Las células de este sistema no se encuentran formando tejidos u órganos, son células individuales móviles dispersas por todo el organismo. Todas ellas se originan en las células madre de la médula ósea.

Macrófagos. Son grandes células fagocíticas inespecíficas, que están presentes en todos los tejidos excepto en los vasos sanguíneos. Son leucocitos monocitos que abandonan la sangre y penetran en el tejido conjuntivo. Tienen receptores de membrana con los que se unen a los antígenos y los fagocitan. Después sitúan a éstos en su superficie celular (son denominadas células presentadoras de antígenos) y con ello se activan los linfocitos T (a esto último también contribuye la liberación de interleuquina). También realizan misiones de limpieza en los tejidos (células muertas, material intracelular dañado...). Secretan prostaglandinas que inhiben la respuesta inmune (mecanismo de regulación).

Linfocitos T. Fabricados en la médula ósea, maduran en el timo. Eliminan parásitos o agentes patógenos intracelulares, respondiendo a antígenos situados en la superficie de las células presentadores de antígenos y no a los antígenos libres. También liberan linfoquinas, que activan a los linfocitos B (para que liberen anticuerpos), a otras células T y a los macrófagos.

Existen varios tipos de linfocitos T:

- Linfocitos T colaboradores o auxiliares (TH). Son los actúan en primer lugar, activando otros linfocitos, y son responsables, por tanto, del desencadenamiento de la respuesta inmunitaria, aunque no se activan hasta que una célula presentadora de antígeno (un macrófago por ejemplo) les muestra el antígeno procedente de un agente infeccioso. Presentan en su membrana la molécula CD4.

- Linfocitos T citotóxicos (TC). Destruyen las células extrañas portadoras del antígeno específico o las células propias que hayan sido infectadas, especialmente por virus, y contengan dicho antígeno. También son responsables de la hipersensibilidad retardada y del rechazo de los trasplantes. Presentan en su superficie la molécula CD8.

- Linfocitos T supresores (TS). Su misión consiste en atenuar la respuesta inmunitaria, y entran en juego cuando hay que detenerla, una vez eliminado el antígeno. Presentan en su membrana la molécula CD8.

- Linfocitos matadores NK. Su nombre viene del inglés: natural killer. Tienen menor actividad citotóxica que los linfocitos TC, pero no necesitan la cooperación de los macrófagos. Actúan preferentemente sobre las células tumorales y células infectadas por virus. No presentan proteínas CD.

- Linfocitos B. Maduran en la médula ósea y están presentes en órganos linfoides como el bazo o los ganglios linfáticos.

A diferencia de los linfocitos T, que sólo son capaces de reconocer cortos fragmentos peptídicos del antígeno, tras aparecer en la superficie de células presentadoras, los linfocitos B reconocen a los antígenos completos mediante los receptores específicos (anticuerpos) situados en su membrana.

Los linfocitos B son también células presentadoras de antígenos por lo que activan a los linfocitos T.

Cuando los linfocitos B interactúan con linfocitos T auxiliares, se transforman bien en células plasmáticas (que producen y liberan los anticuerpos) o bien en células memoria, que no participan de inmediato en la defensa del organismo pero permiten una rápida respuesta en caso de nueva invasión.

TIPOS DE INMUNIDAD

BIOLOGÍA La inmunidad es un estado de protección del organismo contra determinados agentes infecciosos. Según los mecanismos implicados podemos distinguir varios tipos de inmunidad:

- Inmunidad natural o innata. Depende de mecanismos de defensa que están presentes antes de la exposición a los agentes infecciosos; además esta inmunidad no aumenta por tales exposiciones y no discrimina entre unos antígenos y otros. Entre los sistemas implicados en este tipo de inmunidad cabe citar: las células fagocíticas, el sistema del complemento, los linfocitos NK, etc.

- Inmunidad adquirida o adaptativa. Depende de mecanismos de defensa inducidos o estimulados por la exposición a los antígenos. Estos mecanismos son muy específicos para los distintos antígenos y aumentan en magnitud y capacidad defensiva con las exposiciones sucesivas. Este tipo de inmunidad puede adquirirse de forma activa o de forma pasiva.

- Inmunidad activa. Es la que se adquiere tras haber superado alguna enfermedad infecciosa o mediante la administración de una vacuna que contiene antígenos del agente infeccioso. La vacuna estimula al organismo para que produzca anticuerpos y células de memoria.

- Inmunidad pasiva. Es la que se adquiere al inocular al individuo un antisuero, que contiene anticuerpos contra un determinado agente infeccioso, que han sido sintetizados por otro individuo inmune a la enfermedad. Esta inmunidad es de corta duración.