La genética mendeliana.

Experimentos y leyes de Mendel.

• Elección de material pisium satium: puede auto fertilizarse.

• Utilizar caracteres solapantes.

• Analizar gran número de individuos y obetener proporciones.

• Usar el método científico.

• Herencia cromosómica (cromosomas no ligados al sexo, cada uno en un cromosoma diferente).

Conceptos:

• Razas puras: individuos que por autofecundación producen descendientes idénticos a él y que esto ocurra al menos durante dos generaciones.

• Dos factores hereditarios que no se mezclen ni desaparezcan (más tarde se denominarán las formas alternantes de un gen).

• Los factores pueden ser iguales o diferentes, provienen cada uno de un progenitor.

• Dominante: se expresan siempre.

Recesivo: solo se expresa si su homólogo es igual.

Leyes de Mendel.

Ley de la uniformidad: si se cruzan dos razas puras para un carácter los individuos de la F1 son iguales en genotipo y fenotipo.

Ley de segregación: los factores hereditarios que informan sobre un mismo carácter no se fusionan o mezclan, sino que permanecen diferentes durante toda la vida del individuo. Se separan y repiten en la formación de gametos.

Ley de la independencia de los caracteres: los factores hereditarios no antagónicos mantienen su independencia a través de generaciones agrupándose al azar en los descendientes.

Teoría cromosómica de la herencia.

En 1902 Sutton y Boveri observaron el paralelismo entre los factores mendelianos y los cromosomas, durante la meiosis (R!) y la fecundación.

Principios fundamentales:

• Paralelismo entre los genes y los cromosomas.

• Los alelos están por parejas = cromosomas.

• Se segregan para formar gametos = cromosomas.

• Diferentes parte de los cromosomas actúan independientes = cromosomas.

• Los factores hereditarios o genes se localizan en los cromosomas.

• Estos se disponen linealmente en los cromosomas.

• En los pares de homólogos los genes responsables de un mismo carácter ocupan la misma posición.

Gen = fragmento de ADN que codifica para un proteína que a su vez es responsable de un carácter.

Alelo = formas alternativas de un gen, los alelos se sitúan en un mismo lugar: locus.

Cromosomas = grupo de ligamiento: genes ligados ! experimento de Morgan, Bridges.

Johannson observa puntos de unión en los homólogos = QUIASMAS ! probando la recombinación.

Experimento de Morgan.

Desviación en las propiedades de la segunda Ley de Mendel en genes autonómicos de Drasophilia.

2. Estableció un cruzamiento prueba con las hembras doble heterocigóticas.

3. Resultados.

5. Resultados.

Morgan sugirió que los genes triplicados en ambos fenómenos estaban sobre el mismo par de cromosomas homólogos.

Observó que durante la meiosis se producen intercambios de parejas de cromosomas: entrecruzamientos. Los cromosomas nuevos son producto del entrecruzamiento.

La existencia del quiasma era la corroboración de este concepto.

Experimento de C. Bridges.

Bridges pensó que podía producirse fallos durante la R! de las hembras de manera que los cromosomas por no separarse en la 1º o 2º división meiótica.

No disyunción del cromosoma x.

El cromosoma y es indispensable para la fertilidad de los machos.

Mapas de ligamiento.

Conforme Morgan estudió más, observó que la proporción de individuos recombinantes variaba dependiendo de qué genes estuviera analizando y pensó que estas variaciones en las frecuencias de entrecruzamiento podrían indicar distancias reales que separaban los genes en los cromosomas.

Sturtevant, S (1911) sugirió que el % de recombinación se podría utilizar como indicativo cuantitativo de distancias entre los genes en un mapa genético o mapa de ligamiento. A mayor distancia entre genes, menor probabilidad de entrecruzamientos. Así, se puede obtener una medida de la distancia entre los genes mediante la determinación de la fracción de recombinación.

Unidad de mapa genético (m.u.) = la distancia entre los genes por la que uno de cada 100 productos meióticos es recombinante. Una frecuencia de recombinación (RF) de 0'01 (1%) se define como 1mm o 1cM (céntimorgan).

Su estudio apoyaba contundentemente la idea de que los genes se originan según algún tipo de ordenamiento lineal.

La conclusión a la que llegará Morgan y Sturtevant fue que la distancia en el mapa de ligamiento se corresponde con la distancia física a lo largo del cromosoma.

Dado que el mapa es una entidad abstracta construida por análisis no podemos decir si las “distancias genéticas” calculadas por RF representan las distancias físicas reales en los cromosomas, aunque análisis citogénicos y moleculares han demostrado que son casi proporcionales a las distancias cromosómicas.

La herencia del sexo.

Concepto de sexo.

Gametos = células con la mitad de cromosomas capaces de originar, al unirse dos de distinto tipo, un nuevo individuo. Los machos originan gametos móviles y las hembras inmóviles. Si originan dos tipos de gametos se denominan hermafroditas.

Caracteres sexuales = primarios (diferencias esenciales para la reproducción) o secundarios (diferencias no esenciales para la reproducción).

El sexo de los organismos diploides es mediante una pareja de cromosomas o heterocromosomas.

Sexo debido a cromosomas sexuales.

Hay dos tipos de cromosomas:

Autosomas: mismas parejas para hembras que para machos.

Heterocromosomas: diferente tipo para hembra y macho, o, si son del mismo tipo, se encuentran en diferente cantidad.

Cromosoma x e y.

Pareja xx = sexo homogamético (todos dan lugar a un cromosoma x).

Pareja xy = sexo heterogamético (dan lugar a un cromosoma x y otro y).

Puede haber información en los autosomas, siendo los heterocromosomas los que determinan que de exprese en un sentido u otro.

Mecanismos de herencia del sexo: según si el sexo heterogamético corresponde al macho o a la hembra:

Machos heterogaméticos: humanos: macho = xy; hembra = xx y animales: macho = xo; hembra = xx.

Machos homogaméticos: aves: macho = xy; hembra = xx y se simbolizan con zz (macho) y zw (hembra). También puede ser la hembra zo y el macho zz. Hay un 50% de individuos de cada sexo.

Herencia ligada al sexo.

Caracteres ligados al sexo = aquellos que, sin ser primarios ni secundarios, aparecen en un solo sexo o en ambos siendo más frecuente en un sexo que en otro (debido a las diferencias entre el cromosoma x e y).

Se diferencia:

• segmento homólogo: con genes de herencia ligada al sexo para los mismos caracteres que permiten la sinapsis o apareamiento y la posterior segregación de los cromosomas x e y durante la meiosis.

• segmento diferencial:

cromosoma x: caracteres ginándricos.

cromosoma y: caracteres holándricos:

hombres: xy (hemicigosis) presentan ambos caracteres pero los femeninos son recesivos.

mujeres: xx (homocigosis) solo serán recesivos los que se encuentren en ambos cromosomas.

Herencia ligada al sexo en los humanos.

El cromosoma y es más pequeño que el x, de tamaño mediano.

Cromosoma y:

mayor parte heterocromatina = ADN no condensado en la interfase, es decir, genéticamente inactivo.

En segmento homólogo con el x solo se ha localizado el gen de un antígeno en su membrana plasmática.

En su segmento holándrico sólo se han localizado cuatro genes:

formación de testículos (TDF)

gen de histocompatibilidad (H-Y) propio de las células de los varones.

…

Cromosoma x:

En su segmento homólogo se conoce un gen.

En su segmento ginándrico se han localizado más de 120, como:

daltonismo: hereditario, no distinción en la percepción del color verde y el rojo.

provocado por tres genes ginándricos recesivos:

pronatopía: ceguera del rojo

deuteranopía: ceguera del verde

trinatopía: ceguera de ambos (lo más raro).

también puede aparecer como una mutación del gen normal.

hemofilia: no coagulación de la sangre.

debido a genes ginándricos, igual que el daltonismo en cuanto a la herencia.

* hija hemofílica = madre portadora + padre enfermo ( prácticamente lo sufren los hombres y lo portan las mujeres).

Caracteres influidos por el sexo.

Caracteres que para manifestarse dependen del sexo del individuo, dominante solo en hembras y recesivo en varones o viceversa.

Determinados por genes autosómicos o de los segmentos homólogos de los heterocromosomas (= gen Aa).

Caracteres limitados = exclusivamente los manifiesta un solo sexo.

La expresión del mensaje genético.

Pleitropía: varios rasgos en un solo par de genes homólogos.

Interacción genética: un solo carácter definido por varios pares de genes que han interaccionado.

Expresividad: o grado en el que se manifiesta una información.

Penetración: proporción de individuos que teniendo esa información, la manifiestan.

Los términos utilizados en la genética mendeliana.

Gen.

Factor hereditario o unidad del material hereditario, fragmento de ácido nucleico, ADN (excepto algunos virus = ARN).

Carácter.

Particularidades morfológicas o fisiológicas que se pueden dar en una especie, los diferentes tipos se denominan manifestaciones.

Carácter cualitativo.

Carácter que se posee o no se posee.

Carácter cuantitativo.

Carácter que presenta una variación continua en la población, depende de varios genes que contribuyen en determinada proporción = poligenes = de efectos acumulativos (genes aditivos) o con una jerarquía entre ellos. Puede ayudar el ambiente a que se de una serie continua de fenotipos.

Haploide.

Una información o un gen para cada carácter.

Diploide.

Dos informaciones o dos genes (iguales o distintos) para cada carácter, pueden manifestarse los dos o que uno impida la expresión del otro.

Locus.

Lugar que ocupa un gen en el cromosoma, en un haploide hay un gen, en un diploide hay dos… El plural de locus es loci (conformaciones alostéricas).

Cromosomas homólogos.

Aquellos con los mismos loci, en un diploide hay una pareja de cromosomas homólogos…

Alelo.

Cada diferente gen o información que puedan estar en un mismo locus, estos son alelos entre sí y a los diferentes alelos se les denomina factores antagónicos también.

Genes homólogos.

Ocupan el mismo locus en diferentes cromosomas homólogos, son alelos entre sí.

Genotipo.

Conjunto de genes presentes en un organismo.

Fenotipo.

Conjunto de manifestaciones de caracteres de un organismo = genotipo + acción ambiental.

Homocigoto o raza pura.

Individuo que para un carácter posee los alelos iguales.

Heterocigoto o híbrido.

Individuo que posee los alelos deferentes.

Herencia dominante.

Aquella en la que un alelo (dominante) no deja manifestar al otro (recesivo).

Herencia intermedia.

Aquella en la que uno de los alelos muestra una dominancia incompleta sobre otro = híbridos = fenotipo intermedio entre las dos razas puras.

Herencia codominante.

Aquella en la que los alelos son equipolentes y no existe dominancia = híbridos = presentan las características de las dos razas puras a la vez.

Ej.: grupos sanguíneos humanos establecidos en función de la presencia o ausencia en la superficie de los glóbulos rojos de los antígenos M o N = antígeno M: genotipo MM; antígeno N: genotipo NN; antígeno M y N, genotipo MN.

Son una variante de AB0.

Dihíbridos.

Heterocigosis en dos pares de genes.

Ej.: guisantes GgLl (amarillo G, verde g, liso L, rugoso l).

Polihíbridos.

Heterocigosis para muchos pares de genes.

Alelos letales.

Los que poseen una información deficiente para un carácter tan importante que, sin él, se muere. Muerte a nivel de gameto (muere antes de nacer) o de cigoto (muere antes de alcanzar la capacidad reproductora). Estos alelos suelen ser recesivos por lo que necesitan darse en homocigosis para manifestarse.

Retrocruzamiento o cruzamiento prueba.

Cruce del individuo problema con un individuo homocigótico recesivo, en casos de herencia dominante para averiguar si un individuo es de raza pura o híbrida: si aparecen homocigóticos recesivos el individuo problema es híbrido.

Simbología.

Los genes en cursiva.

Aa: dominante-recesivo solo dos alelos. más de dos alelos dominantes-recesivos, RB: en herencia intermedia con solo dos alelos y no hay recesivos.

Uso de exponentes en la herencia

Ej.: grupos sanguíneos AB0 de alelismo múltiple por haber más de dos alelos, tres, establecidos en función de la presencia o ausencia en la superficie de los glóbulos rojos de los antígenos A o B = antígeno A: gen IA, antígeno B: gen IB, gen i no lleva información sobre el antígeno A o B.

Cuatro tipos de individuos:

A: genotipo IAIA o IAi caso de dominancia.

B: genotipo IBIB o IBi caso de dominancia.

AB: genotipo IAIB caso de codominancia.

0: genotipo ii.

Concepto de probabilidad.

Probabilidad de que un determinado suceso pase, relación entre los casos favorables y todos los casos posibles. En tanto por uno.

Probabilidad de sucesos no excluyentes.

Probabilidad de dos sucesos que no son excluyentes se obtiene multiplicando la probabilidad del primer suceso por la del segundo (cuando primero se da uno Y luego otro, es decir, tienen un orden).

Probabilidad de sucesos excluyentes.

Probabilidad de sucesos que son excluyentes se obtiene sumando la probabilidad de cada suceso (cuando da igual el orden en que se sucedan, o es uno o es en otro, como una moneda: o cara o cruz).

El sentido de crecimiento de las nuevas hebras.

La síntesis de ADN in vitro.

Koernberg, a partir de la bacteria Escherichia Coli, descubrió el mecanismo para sintetizar el ADN y la enzima que regula el proceso.

Aisló de dicha bacteria la enzima ADN-polimerasa I:

Esta enzima es capaz de sintetizar ADN in vitro a partir de ADN natural, pero es incapaz de sintetizar una cadena de novo (incapaz de añadir al extremo 5' OH libre sin la presencia de la estructura del cebador).

Para actuar necesita la presencia de desoxirribonucleótidos-5-trifosfatos de A, T, G y C; iones de Mg2+ y ADN en el que una de las hebras actúe como patrón (molde) y la otra como cebador (inicio).

El ADN cebador es la ARN-polimerasa que si puede sintetizar una cadena de ADN de novo para que inicie (a partir de él) su actividad la ADN-polimerasa I. (Cadena preexistente al ADN-polimerasa que solo actúa en dirección 5'-3').

Posee loci, lugares propios del ADN de fijación de su estructura, ocupados por el ADN patrón, el ADN cebador y el siguiente nucleótido que se añadirá.

La nueva hebra será antiparalela y complementaria.

Tiene función polimerasa (dirección 5'-3' añadiendo nucleótidos) y exonucleasa (dirección 5'-3' y 3'-5' eliminando los nucleótido erróneos), esta función es más importante que la primera.

El problema de la dirección de ADN in vitro en la duplicación.

Cairns mantuvo las bacterias de Escherichia Coli en un medio tritiado (H3 = isótopo radiactivo del H que emite partículas ) y sacó la secuencia completa de una replicación del ADN que duraba aproximadamente 30 minutos.

Horquillas de replicación: forma de V de las dos nuevas hebras tritiadas sintetizadas en la cadena molde escindida.

Burbujas de replicación: forma de que deducía la forma circular del ADN bacteriano.

Confirmación de la hipótesis semiconservativa.

Bidireccional puesto que las dos horquillas aparecen en sentido opuesto, al principio se pensó que era unidireccional.

Problemas cómo la ADN-polimerasa sintetizaba sin ARN-cebador.

cómo las dos nuevas hebras de horquillas crecían en paralelo (una 5'-3' y otra 3'-5').

Solución Okazaki = fragmentos de Okazaki, son sintetizados por:

1º ARN-polimerasa que no precisa de cebador para empezar.

2º ADN-polimerasa en dirección 5'-3' sobre diferentes regiones de la h.patrón.

3º tras perder su porción de ARN se fusionan dos entre sí gracias a la ADN-ligasa = nueva hebra 3'-5'.

ARN-polimerasa III.

Es una holoenzima cuyos nucleótidos tienen:

• Elevadísima actividad.

• Tendencia catalizadora.

• Cataliza la información de muchos miles de enlaces fosfodiéster entes de liberarse de su molde.

• Libera 1000 nucleótidos/segundo, fiel en la copia.

Mecanismo de la duplicación.

En bacterias.

· ORI-C (origen de replicación) que actúa como señal de iniciación.

· Desenrrollamiento helicoidal del ADN

· Interviene una proteína llamada helicasa (dnaB) que deshace los puentes de hidrógeno de la doble hélice. Es un proceso bidireccional puesto que cada helicasa va en un sentido diferente.

· Se produce entonces un superenrollamiento negativo (son capaces de detener el proceso) en el resto de la molécula.

· Interviene una enzima llamada topoisomerasa que elimina las tensiones de la fibra.

· La topoisomerasa I corta una fibra y la topoisomerasa II corta las dos fibras del ADN, la topoisomerasa II de Escherichia Coli se denomina girasa.

· Sin cebador no actúa ninguna ADN-polimerasa por lo que interviene un ARN-polimerasa, que si es capaz, llamado primasa que sintetiza un corto fragmento de ADN de unos 10 nucleótidos para que actúe como cebador.

· Presencia de proteínas REP y SSB ambas con función estabilizadora que mantienen la separación de las dos hebras complementarias que se volverían a unir de forma espontánea sino. Se inicia así la horquilla de replicación que formarán las burbujas de replicación.

· La ADN-polimerasa III, partiendo del ADN, comienza a sintetizar en dirección 5'-3' una hebra de ADN a partir de nucleótidos trifosfato (para dar energía, los nucleótidos pierden sus grupos fosfatos).

· La ADN-polimerasa retira con su función exonucleasa el cebador y los nucleótidos sueltos de ARN y con su función polimerasa rellena dichos huecos con nucleótidos de ADN.

· Al final la ADN-ligasa empalma los diferentes fragmentos.

· La hebra nueva es de crecimiento continuo porque las helicasas no se detienen y se denomina hebra conductora.

En eucariotas.

Se diferencia al de procariotas en:

· No existe un ORI-C como tal, sino los replicones que son las unidades de replicación (que debido al mayor tamaño de los cromosomas que dan lugar a las burbujas de replicación) constituidas al activarse de forma coordinada.

· ADN eucariótico fuertemente asociado a histonas. En la replicación la hebra patrón se queda con las histonas y ambos se enrollan sobre los octámeros antiguos.

· Los fragmentos de Okazaki son más pequeños, de 100 a 200 nucleótidos.

· Proceso más lento por la mayor longitud del ADN de un cromosoma eucariótico.

· El proceso de replicación se realiza en el periodo S de la interfase.

Teoría de “un gen - una enzima”.

La información genética es la que produce la síntesis de proteínas específicas, mientras que las enzimas son las responsables de las características funcionales y estructurales del organismo.

Garrod (1902) reconoció la alcaptonuria: alteración metabólica heredada derivada de la deficiencia de la enzima oxidada del ácido homogentístico que se produce, por tanto, en exceso.

Beadle, G (1940) estudió mutantes de Drasophilia helanogaster para el color de los ojos, elaboró una hipótesis: las variaciones de dichas mutaciones se deben a cambios en aumento de energía de una determinada ruta sintética de pigmentos.

Beadle y Tatum (1948) realizaron experimentos con la Neurospora crassa para comprobar el helio radiándolo con rayos x, así obtuvieron mutantes con alteraciones en las enzimas que intervienen en la síntesis de orginina.

vía metabólica: (sustrato) ___ ornitina ___ citrulina ___ orginina ___ (proteína)

Como al faltar una enzima se bloquea la ruta se estableció así un paralelismo entre gen y enzima.

Definieron gen como el fragmento de ADN que codifica para una enzima.

Esta teoría fue ampliada porque un gen codifica para una proteína (cadena polipeptídica), no para una enzima.

La expresión del mensaje genético.

Hipótesis de la colinearidad = correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aa de la enzima que el gen codifica. Dogma central de la biología molecular.

ADN _____ ARNm _____ proteína-->[Author:LRM]

trancripción traducción

copia una parte del mensaje genético desde su forma síntesis de proteínas realizada en el citoplasma (ribosomas

original (ADN) a ARN que su puede utilizar para ! y retículo endoplasmático liso y rugoso).

La transcripción la realiza la ARN-ploimerasa que presenta las siguientes características:

• Sentido de la síntesis 5'-3' (lee el ADN 3'-5').

• Utiliza nucleótidos trifosfato.

• Se fija a regiones específicas del ADN (regiones o genes promotores).

• Requiere un molde de ADN.

• Fragmentos  (sigma = inicial) y  (rho = terminación).

El mecanismo de la transcripción.

• Procariotas: ARN-polimerasa compuesta por dos subunidades  y :

INICIACIÓN: se une al factor  para reconocer la región promotora del ADN y cambia de conformación para fijarse a ella.

Secuencia promotora: TTGACA y TATAAT.

Inicia en el extremo 3' del ADN sintetizando una cadena 5'-3'.

También aparecen secuencias intensificadoras de la transcripción.

Se separa del factor .

ELONGACIÓN: el crecimiento de la cadena va a 30-40 nucleótidos/segundo.

Recorre la hebra de ADN hacia en extremo 5'.

TERMINACIÓN: señal de terminación GC.

Secuencia rica en GC que permite la autocomplementariedad de la cola del ARN que origina un bucle final (se separa el ARN del ADN).

Puede o no intervenir el factor  capaz de reconocer la señal de terminación y cuya función es ATPásica.

Se forma la doble hélice y se separa la ARN-polimerasa.

MADURACIÓN: no existe para el ARNm pero si para el ARNt y ARNr (entonces hay un tránscrito primario que sufre un proceso de corte y empalme).

Tasa de error = mayor que la replicación puesto que éste es de menor trascendencia al no pasar a la descendencia. 1xc/104-105 n.

• Eucariotas: más complejo porque posee mayores estructuras. Poseen 3 ARN-polimeras con varias subunidades cada una: ARN-polimerasa I = transcribe la información correspondiente a los ARNr (núcleo)

excepto el de 5s que proviene del citoplasma.

ARN-polimerasa II = transcribe los genes origen del ARNm.

ARN-polimerasa III = produce los ARNt, los ARN de 5s.

transcripción de los genes que portan información para histonas.

INICIACIÓN: no existe factor  sino una región promotora en el ADN donde se fija la ARN-polimerasa II.

Secuencia: CAAT y TATA.

Se requieren factores basales y activadores (coactivadores).

ELONGACIÓN: dirección 5'-3' que al cabo de los 30 nucleótidos se añade la caperuza 7-metil- guanosíntrifosfato INV (m7 Gppp) 5'.

TERMINACIÓN: sobre el extremo final 3'OH libre interviene la enzima poli-A-polimerasa que añade un segmento de unos 200 unidades de adenina (la cola poli-A) al tránscrito primario (pre-ARN) o ARNhn (heteronuclear) que no es funcional.

Secuencia: TTATTT.

MADURACIÓN: llevada a cabo por una enzima que es un complejo proteína-ARNpn (pequeño nuclear).

El ARNpn posee secuencias complementarias con los intrones que al asociarse a ellos se curvan y se desprenden.

Interviene la ADN-ligasa que empalma los exones contiguos.

En el ARNt se produce la modificación de algunas bases nitrogenadas (UH2, MeG…) y se añade el triplete CCA en 3'.

El ARNr ya descrito.

También se transcriben los genes de mitocondrias y cloroplastos donde la ARN-polimerasa tiene una sola subunidad.

El código genético.

Es la relación entre la secuencia de nucleótidos (bases nitrogenadas) del ARN y la secuencia de aa de una proteína, siendo la clave que permite la traducción del mensaje genético a su forma funcional, la proteína.

Un aminoácido esta formado por 3 BN, si existen 4 BN= 43 = 64 tripletes para clasificar 20 aa proteicos.

Tripletes de las bases del ADN ___ AAA ___ codógenos

ARN ___ UUU ___ codones

ARNt ___ AAA ___ anticodón

Hay 61 codones clasificadores de aa.

UAA, UGA, UAG = codones sin sentido = señal de finalización del mensaje genético (no codifican para ningún aa).

AUG = señal de iniciación y codifica para la metionina.

Severo Ochoca (1956) Descubrió la enzima polinucleótida fosforilasa capaz de sintetizar ARN a partir de nucleótidos de fosfato sin molde, que permitió sintetizar ARN constituido por un único tipo de nucleótido o varios.

Nirenberg (1961) Dedujo que UUU = Phe; CCC = Pro; AAA = Lys; GGG = Gly…

Posteriormente se dedujeron el resto de los tripletes, Kornberg, Knorana…

Características:

• Secuencia lineal de bases.

• Inexistencia de espacios entre codones.

• Aplicación universal exceptuando mitocondrias, protoctistas ciclidos y micoplasmas.

• Degeneración (varios tripletes para un mismo aa).

Traducción o biosíntesis de las proteínas.

El ADN contiene la información necesaria para la síntesis de la proteína correspondiente. Se denomina traducción porque pasa de una secuencia específica de nucleótidos a una secuencia específica de aa, siendo el orgánulo responsable, los ribosomas. Antes de iniciarse la síntesis es preciso que los aa que van a ser unidos se activen, esta fase tiene lugar en el citoplasma y no en el ribosoma. El aa unido por el extremo carboxilo al extremo del carbono 3'OH libre del último nucleótido del ARNt.

Se lleva acabo en tres etapas:

• Procariotas:

INICIACIÓN: el ARNm se une a la subunidad menor del ribosomas por su extremo 5' gracias al factor de iniciación IF-3.

Esta región de unión de denomina región líder (no se traduce, existen 10 nucleótidos complementarios con el ADNr).

Se fija el primer aminoacil-ARNt por la formación de puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas codón-anticodón gracias al factor de iniciación IF-2.

El primer codón de iniciación 5' AUG 3' se denomina formilmetionina.

Se acopla la subunidad mayor del ribosoma para lo que interviene IF-1 formando el complejo de iniciación.

La región del ARN que cubre el ribosoma corresponde a 6 nucleótidos, es decir, dos codones.

Sitio P (cenro peptidil) = lugar donde se localiza el ARNt que lleva unida la cola polipeptídica.

Sitio A (centro aceptor) = lugar donde se localizan nuevos aminoacil-ARNt.

El proceso de iniciación requiere energía que se obtiene por hidrólisis de GTP (GTP = GDP + P).

ELONGACIÓN: la cadena polipeptídica se sintetiza por la unión de aa sucesivos, para lo que es necesario el desplazamiento del ribosoma a lo largo del ARNm.

Hay 3 subetapas:

Unión de un aminoacil-ARNt al sitio A:

Precisa la hidrólisis de GTP para preparar la energía necesaria y dos factores propios de la elongación: EF-T3 y EF-T u.

Formación del enlace peptídico:

Una vez que están los dos aminoacil-ARNt en los sitios P y A se produce la unión entre los aa mediante la enzima peptidil-tranferasa localizada en la subunidad mayor ribosomal.

Al unirse el primer aa al segundo se desprende su transferente (asa del anticodón) y el dipéptido queda unido al segundo ARNt que se localiza en el sitio A.

Translocación al sitio P:

Desplazamiento del ribosoma sobre el ARNm en dirección 5'-3' quedando libre el sitio A para que entre un nuevo aminoacil-ARNt, precisa de otro factor de elongación EF-G.

Para la formación de cada nuevo aminoacil-ARNt se requiere GTP = GDP + P.

TERMINACIÓN: viene informado por los tripletes de terminación UAA, UAG, UGA para los que no existe un ARNt con los correspondientes anticodones.

Intervienen los factores de liberación R1F para UAA y UAG y R2F para UAA y UGA.

Al situarse en el sitio A, los factores hacen que la peptidil-transferasa libere el péptido del ARNt al que está unido, al hacer que reaccione el grupo -COOH con H2O.

Se requiere GTP.

Como consecuencia del proceso de transcripción se libera la cadena polipeptídica que ha ido adquiriendo su conformación secundaria y terciaria, las subunidades ribosómicas y el ARNm.

La velocidad de síntesis es de 1400 aa/min.

Los ARNm suelen ser leídos por más de un ribosoma = polirribosomas.

• Eucariotas:

Debido a la existencia de una membrana celular la transcripción de realiza en el núcleo mientras que la traducción se realiza en el citoplasma.

Los ARNm son más estables que en procariotas y monocistrónicos.

Posee una caperuza 5' ARN 7 metil-guanosina-trifosfato.

El primer ARNt lleva metionina y se une antes a la subunidad menor del ribosoma que al ARNm.

Los factores de iniciación son IF-M1, IF-M2, IF-M3 y el EF-I (= EF-G).

La regulación de la expresión génica.

· Las células no están constantemente sintetizando proteínas, depende de las necesidades celulares.

· La producción excesiva de proteínas es innecesaria y ocasiona alteraciones importantes.

· La regulación se realiza fundamentalmente sobre el proceso de transcripción y basta con regular la síntesis del ARNm para regular los niveles enzimáticos del medio.

· Fue en bacterias donde se descubrió el modelo del control negativo o del operón y el control positivo o por AMPc (cíclico).

El operón.

Es definido como el conjunto de genes que se expresan juntos (están juntos, autorregulación) o unidad genética de expresión combinada.

Jacob y Monod (1960) propusieron un modelo para explicar la regulación de la transcripción en cepas mutantes de Escherichia Coli. Si a un cultivo de Escherichia Coli con lactosa se añade glucosa el nivel de la enzima -galactosidasa disminuye sensiblemente. La glucosa (sustrato) no sólo reprime una enzima sino todo el conjunto de la misma ruta metabólica: -galactosidasa, -galactósido permeasa y -galactósido transacetilasa.

· En el modelo se diferencian los tipos de genes:

Genes estructurales = contienen la información para la síntesis de las enzimas que interviene en la ruta metabólica.

Gen promotor = está constituido por la secuencia de ADN donde se une la ARN-polimerasa para la transcripción.

Gen operador = lugar del ADN donde puede unirse una proteína e impedir la transcripción de los genes estructurales situándose delante de éstos.

Gen regulador = sintetiza la proteína reguladora y puede encontrarse en un lugar diferente al operón.

Operón lactosa.

El represor (producido por el gen regulador i) se asocia a la zona promotora que la ARN-polimerasa, que está en la zona promotora, transcribe a los genes estructurales.

Es un sistema inducible que permite la regulación de la síntesis de la enzima que interviene en el catabolismo de la lactosa. Alolactosa = inductor que modifica la estructura del represor inactivándolo. Cuando se carece de glucosa en el medio se transforma la conformación soltando el regulador en la síntesis.

Operón de la histidina.

Es un sistema represible, ya que, si se añade histidina al medio desaparecen las enzimas de la síntesis.

En este caso el represor (histidina) es inactivo. Si se une el correpresor, el represor es activo. El complejo represor-correpresor se fija sobre la región promotora y reprime la síntesis.

Control de la síntesis proteica por AMPc.

AMP ______ AMPc + PPi

formada a partir del adenilato ciclasa

El AMPc necesita la proteína activadora del catabolito (CAP). El compejo CAP-AMPc tiene una elevada afinidad por la región promotora (anterior lugar donde se fijaba la ARN-polimerasa). Sin el complejo, la ARN-polimerasa tiene dificultades para unirse al promotor.

Cuando aumenta el nivel de glucosa en la sangre disminuye el nivel de AMPc; entonces no se forma el complejo LAP-AMPc, no s fija la ARN-polimerasa y no se produce la síntesis de las enzimas para el metabolismo de la lactosa.

Así, solo cuando de agota la glucosa, pero no la lactosa, se produce dicha síntesis.

Control de la expresión génica en eucariotas.

· Más complejo.

· Ha de tener lugar en los siguientes procesos: transcripción.

maduración del ARNm.

transcripción del ARNm del núcleo al citoplasma.

traducción.

La forma más habitual es la transcripción que, al constituirse el primer paso resulta más efectivo.

· La capacidad de iniciar la transcripción del ARN-polimerasa depende de:

La separación de las histonas del ARN.

La existencia de factores activadores (hormonas y AMPc) a diversas señales intra y extracelulares.

· En los vegetales interviene, en la regulación de la transcripción una molécula llamada fitocromo, la cual activa de modo aún desconocido la región del ADN donde se fija la ARN-polimerasa.

Fitocromo activo (Prf ) ______ Pr fitocromo ADN-activo.

Diversos procesos fisiológicos fotoperiódicos (floración; germinación; fructificación) se pueden explicar como variaciones en la transcripción de ciertos genes.

Mutación y evolución.

Mutaciones.

· En 1901 Hugo de Vries creó el término mutación para referirse a los cambios repentinos aparecidos en la especie vegetal Oenothera lamarckiana.

· El verdadero estudio no comenzó hasta 1943 con Lucía, S. y Del Brück, H.

Se pueden clasificar atendiendo a varios criterios:

CRITERIO TIPOS DE MUTACIÓN

1 Célula afectada somáticas

germinales

2 Causa Natural o espontánea (ARN-polimerasa)

Inducidas por agentes mutágenos

3 Efectos Neutros

Beneficiosos

Perjudiciales:

Letales = † del 90% mín.

Subletales = † del 10% máx.

Patológicos = enfermedades de distintos tipos.

4 Tipos de expresión genética Dominantes

Recesivos

5 Alteraciones provocadas génicas = afecta a la secuencia de nucleítidos específicos de un gen.

cromosómicas = altera la estructura del cromosoma.

genómica = altera el número de cromosomas

Mutaciones génicas.

Mutación = alteración al azar del material genético.

Estas mutaciones son las mutaciones en sentido estricto, también denominadas puntuales.

Aparecen por: errores no corregidos.

acción de agentes físicos y químicos procedentes del exterior celular o del propio metabolismo.

Clasificación.

• Mutaciones por sustitución de bases: cambio de una base por otra.

Transición: cambio de una pirmidina por otra (T,C).

cambio de una purina por otra (A,G).

Transversión: sustitución de una purina por una pirimidina o viceversa.

Normalmente afecta a un triplete sin ser perjudicial a no ser que indique parada o afecte a un aa del centro activo de una enzima.

• Adicción o deleción: producen un corrimiento en el gen de lectura alterando todos los tripletes siguientes. consecuencias graves.

Causas de las mutaciones génicas.

• Errores de lectura.

Cambios tautoméricos: cambio de una configuración a otra en las bases nitrogenadas.

Las bases tienen una configuración normal y otra rara que están en equilibrio; si ocurre en la replicación cambia la base complementaria T=A y G=C.

Cambios de fase: deslizamiento de una hebra que se está formando sobre la molde dando lugar a bucles al volverse a emparejar.

• Lesiones fortuitas: alteración de la estructura de uno a más nucleótidos.

Despurinización: pérdida de purinas.

Desaminación: pérdida de grupos -NH2 de las bases.

Dímeros de T: enlace entre dos T contiguas debido a las radiaciones U.V.

• Transposiciones: elementos transponibles que dan lugar al cambio de una determinada secuencia.

< gen: secuencia de inserción.

> gen: transposones = conjunto de genes: mutación génica.

mutación cromosómica.

Sistemas de reparación.

La replicación sucede en regiones específicas

La ADN-polimerasa tiene una función exonucleasa que retira los nucleótidos incorrectos.

• Reparación con escisión de ADN: intervienen:

endonucleasa que detecta el error corta el segmento.

exonuclesa que elimina los nucleótidos del segmento cortado.

ADN-polimerasa I que sintetiza de nuevo el segmento cortado.

ADN-ligasa que une los extremos.

Metilación: distingue las hebras molde de las de nueva síntesis mediante la enzima metilasa de adenina que añade grupos o radicales metilo en posición 6.-metiladenina.

• Reparación sin escisión de ADN.

Enzimas fotorreceptoras: se activan son la luz y son capaces de romper los enlaces entre dos pirimidinas contiguas eliminando los dímeros de T.

• Sistema en SOS: acción prolongada de un agente mutágeno elevando el número de alteraciones.

Inducción del sistema en SOS: introducción de nucleótidos al azar para seguir la duplicación dando origen a células con mutaciones.

Mutaciones cromosómicas.

• Alteraciones por la existencia de un número incorrecto de genes: tiene lugar en el apareamiento meiótico donde se puede producir un sobrecruzamiento erróneo quedando un cromosoma con fragmentos de más y otro con un déficit.

Deleciones: pérdidas de un fragmento.

Duplicaciones: repetición de un fragmento.

• Alteraciones en el orden de los genes: no ocasionan perjuicios al individuo que lo padece pero sí se transmite a la descendencia.

Inversiones: disposición invertida de un fragmento.

pericéntrica: se incluye el centrómero.

paracéntrica: no incluya al centrómero.

Translocaciones: cambio de posición de un fragmento a otro lugar del cromosoma o del homólogo

Mutaciones genómicas.

• Aneuploidías: cuando falta o sobra un cromosoma.

Nulisomía: falta una pareja, letal. (2n-2).

Monosomía: falta un cromosoma de una pareja (2n-1).

Trisomía: un cromosoma está triplicado (2n+1).

Tetrasomía: cuatro ejemplares de un cromosoma (2n+2).

• Poloploidía: existencia de dos o más juegos de cromosomas (3n ó 4n = estéril …).

Ocasionan un aumento del tamaño celular y por tanto del corporal siendo más frecuente en plantas que en animales.

Autoploides: los juegos de cromosomas provienen de la misma especie.

Aloploides: los juegos de cromosomas provienen de especies diferentes.

Pueden causar.

• Fusión céntrica: unión de dos cromosomas no homólogos con pérdida de centrómeros.

• Fisión céntrica: escisión de un cromosoma en dos dando lugar a uno nuevo centrómero.

• Segregación errónea durante la meiosis (R!): distribución errónea de las cromátidas homólogas entre las células hijas en meiosis, por lo que a una célula irán dos cromátidas dejando la otra célula sin ellas.

Agentes mutágenos.

· Muller y Stadler (1927/1928) comprobaron que la aplicación de rayos x sobre la mosca de la fruta y el centeno provocaba mutaciones.

·Agentes mutagénicos = factores que aumentan la frecuencia normal de mutación.

• Agentes mutagénicos físicos.

Radiación ionizante: con  muy corta, más energético, rayos x y , partículas  y ; provocando la ionización de los átomos de las sustancias que atraviesan produciendo efectos fisiológicos sobre los seres vivos: cambios enzimáticos que modifican el metabolismo

citológicos que alteran cromosomas provocando deleciones y translocaciones

genéticos que se producen por ionizaciones directas sobre el ADN.

Radiación no ionizante: paso de electrones a niveles de mayor energía provcando cambios tautoméricos y dímeros de T.

• Agentes mutagénicos químicos.

Sustancias que tienen acción mutagénica: HC policíclicos, colorantes, pesticidas… reaccionan con el ADN y producen alteraciones.

Modificadores de bases: desaminación (ácido nitroso) y alquilación (gas mostaza).

Efectos: emparejamientos erróneos.

Sustituciones de bases: causados por análogos de bases (bromouracilo)

Efectos: emparejamientos erróneos.

Intercalación de moléculas: (proflavina…).

Efectos: inserciones, deleciones y lecturas erróneas.

• Agentes biológicos.

Algunos organismos aumentan la frecuencia de la mutación como los virus en la secuencia de transposones (activación o inactivación de genes).

Mutación y evolución.

Darwin, el proceso evolutivo (gradual y en diferentes fases) se basa en tres factores:

• Número de descendientes: potencial elevado de reproducción, por lo tanto los recursos alimentarios son limitados.

• Variabilidad de la descendencia: todos los hermanos son diferentes entre sí a excepción de los gemelos vitelinos. Origen: Mendel.

• Selección natural: nacen más individuos de los que pueden sobrevivir, se establece una lucha por la existencia. Si el ambiente es muy hostil, los individuos menos aptos mueren y sólo los más aptos llegan a reproducirse, y por ello sólo estos transmiten sus características a la generación siguiente.

Teoría sintética o Neodarwinista (Darwin, Mendel y avances posteriores):

• Rechazo de la teoría de Lamarck = la herencia se debe a los caracteres adquiridos.

• Unidad de evolución = es la población (conjunto de individuos de la misma especie que pueden cruzarse entre sí y viven en el mismo territorio, mide la continuidad de generación en generación, por su constitución genética puede variar a través de las generaciones) y no el individuo (el genotipo cambia a lo largo de su vida).

• Acervo genético = conjunto de genotipos de todos los individuos que componen la población.

• Concepto genético de especie = conjunto de genotipos de todos los individuos que componen la población.

Genética de poblaciones.

Estudio genético: se basa en el conocimiento de las secuencias genotípicas y génicas.

• Frecuencias genotípicas: tanto por uno de cada genotipo

Población de individuos 2n: cada locus ocupado por alelos iguales o diferentes.

Alelos (A,a) ! 3 genotipos AA (dominante), Aa (heterocigoto), aa (homocigoto recesivo).

Número de individuos de cada tipo ! n1, n2, n3 = n = N (número total de3 individuos).

f(AA) = n1/N; f(Aa) = n2/N; f(aa) = n3/N; f = 1.

• Frecuencias génicas: tanto por uno de cada uno de los alelos que hay para un carácter.

Se calcula a través de las frecuencias genotípicas.

A,a = p y q

f(A) = p = f(AA) + 1/2f(Aa); f(a) = q = f(aa) + ½(Aa)

Ley del equilibrio genético o ley de Hard y Weinberg.

Son las frecuencias alélicas de una población, en condiciones ideales de estabilidad, tienden a permanecer constantes en generaciones sucesivas, a menos que actúen factores que favorezcan la evolución.

Condiciones ideales: no ocurran mutaciones; población aislada genéticamente; cruzamientos al azar; todos los alelos son igual de variables; no actúe la selección natural.

p + q = 1

f(AA) = p2; f(Aa) = 2pq; f(aa) = q2; f = 1.

En las poblaciones naturales algunos alelos aumentan la frecuencia de generación en generación y otros descienden su frecuencia. Sin la ecuación de Hard y Weinberg no se pueden detectar los cambios en la frecuencia, ni su magnitud, ni su dirección, ni las fuerzas que operan en estos cambios.

Factores que alteran las condiciones ideales:

• Mutaciones: cambios genéticos al azar e inesperados, las llamadas mutaciones recurrentes, tienen su importancia en la evolución, el resto carecen de transcendencia. Es beneficiosa en cuanto a adaptabilidad.

• Flujo genético: migraciones, salida o llegada de individuos de unas a otras poblaciones. El grado de variación depende del nº de desplazamientos respecto del nº de residentes.

• Apareamiento selectivo: dimorfismo sexual, tipo de apareamiento.

• Deriva genética: cambio de las frecuencias génicas debido al azar. No tiene repercusión casi en la mayoría de las poblaciones pero si en condiciones de separación de unos pocos individuos.

Causa: pequeña población, los alelos están en bajas proporciones y se pueden perder.

Efecto fundador: colonizadores.

Cuello de botella: reducción drástica de una población por pequeña que sea debido a condiciones…

• Selección natural: eliminación de los individuos menos aptos, tienen una mayor eficiencia biológica. La capacidad de sobrevivir y dejar descendencia, esto es, de contribuir con sus genes a la generación siguiente. Actúa sobre los fenotipos y así, producirse cambios en las frecuencias genotípicas. De este modo se originan las adaptaciones:

Direccional: se favorece un genotipo extremo.

Estabilizadora: se favorece un genotipo intermedio.

Discruptiva: se favorecen los dos genotipos extremos (con el paso del tiempo de dividirán en dos subpoblaciones)

• Eficacia biológica: capacidad que tiene un organismo debido a sus características genotípicas de competir con éxito y hacer una contribución genética a las generaciones posteriores.

Concepto de especie y especialización.

Especiación: proceso evolutivo mediante el cual aparece otra especie a partir de otra preexistente. Fases y tipos:

Anagénesis: a partir de una especie ancestral surge una nueva.

Cladogénesis: a partir de esa nueva especie surgen dos o más diferentes.

Por aislamiento: proceso en el cual se van acumulando aquellas características aparecidas al azar que la selección natural considera ventajosas: las adaptaciones al medio. Tipos:

Alopátrica: población dividida por una barrera geográfica, diferencia de mutaciones y deriva, si existen condiciones ambientales diferentes también lo serás las adaptaciones.

Simpátricas: diferencias en la misma área o territorio. Las barreras biológicas que impiden el cruzamiento son los llamads mecanismo de aislamiento reproductivo (MAR)

poscigóticos (inviabilidad del zigoto o esterilidad de los híbridos)

precigóticos (impiden la formación de cigotos)

aislamiento ecológico (núcleos diferentes); aislamiento estacional (diferentes semillas en junio que en septiembre); aislamiento etológico (comportamiento diferente al atraer a la pareja); aislamiento mecánico (razas más grandes o más pequeñas); aislamiento gamético (mecanismo de reproducción)

Especialización cuántica: especiación súbita debido a mutaciones. Generalmente por poliploidía.

autopoliploidía: en una sola especie.

aloploidía: intervienen dos especies (Ej.: especie 2n = 12 X especie 2n = 16 ! híbrido n = 14, estéril).

Los genes y la ingeniería genética.

Evolución del concepto de gen.

Gen = fragmento de ADN (o ARN en ciertos virus) que codifica para una proteína y que a su vez es responsable de un carácter.

Genes solapados = una misma secuencia de nucleótidos puede contener dos informaciones libres, dos genes, según comience la lectura por el primer o segundo nucleótido.

Eucariota ! formación a tiempo ! sus genes poseen intrones y exones o fragmentos con información.

ADN de los eucariotas.

En procariotas apenas existe un ADN silencioso (ADN que no se transcribe) e intrones y exones.

• ADN altamente repetido o satélite:

10-50 % del total.

Constituidos por secuencias cortas de 5 a 10 pares de bases dispuestas en tandem.

Repetición: 106 a 104 veces.

Situadas en telómeros (extremos) y centrómeros (constricción) de los cromosomas y no se transcriben nunca

Función desconocida: mecánica (de emparejamiento y segregación de los cromosomas en mitosis y meiosis).

• ADN moderadamente repetido.

20 % del total.

Secuencia de 800 a 5600 pares de bases.

Repetición: 103 a 105 veces.

Intercalada en el genoma.

Función: contiene genes que codifican para histonas, ARNt y secuencias de función desconocida.

• ADN no repetitivo o simple.

70 % del total.

Contiene la información que pasa por el ARNm (ya da proteínas) y al ADN espaciador (ADN intercalado y no se transcribe).

Existencia de genes duplicados = pseudogenes = son inservibles y no se transcriben.

Origen: se cree que son elementos transponibles ya que codifican para la misma proteína pero con ciertas variaciones = ventaja adaptativa.

La ingeniería genética.

Introducción de genes en el genoma del individuo que carece de ellos.

Se realiza a través de enzimas de restricción = aquellas que cortan el ADN en puntos específicos que ellas mismas reconocen.

ADN recombinante = formado al intercalar segmentos de ADN extraño con segmentos de ADN receptor.

Se aísla un gen = ADN pasajero = que se introduce en bacterias y al reproducirse origina copias = clonación.

SE NECESITAN VECTORES !

• Plásmido y virus.

Plásmido: ADN bacteriano circulas doble hélice.

pueden existir de 20 a 50 en una misma base.

pueden penetrar en otras bacterias por un proceso llamado transformación.

estas bacterias adquieren las características contenidas en los genes del plásmido.

no se integran nunca en el cromosoma bacteriano.

los de algunas bacterias de plantas sí se integran

que se usan como vectores de genes de mamíferos = plásmido T.

PARA DETECTAR TRANSFORMACIONES EN LOS PLÁSMIDOS SE INTRODUCEN GENES DE RESISTENCIA A ANTIBIÓTICOS, SE CULTIVAN LAS BACTERIAS EN UN MEDIO CON ANTIBIÓTICOS Y SOLO AQUELLAS QUE TIENEN PLÁSMIDOS SOBREVIVEN.

Virus: infectan las bacterias.

destruyen el ADN celular.

encapsular los ADN víricos = nuevos virus.

si se encapsula ADN bacteriano se puede infectar una segunda bacteria que modifica sus caracterist

este proceso se denomina transducción.

• Inserción de genes.

Para insertar genes de ADN pasajero en el ADN vector existen las enzimas de restricción que cortan secuencias específicas.

Secuencias polindrómicas: secuencias que leen igual en un sentido que en otro.

presentan una simetría de las dos hebras.

su corte = extremos cohesivos.

En procariotas no existe proceso de maduración del ARNm porque no se puede introducir ADN eucariótico con intrones y exones, entonces en su introducción se ha de utilizar una enzima de origen vírico:

Gen eucariótico " procariótico. No puedo meter uno en otro…

ADN pasajero, puede provenir de:

• ADN de células fragmentadas mediante enzimas de restricción.

• ARNm aislado (molde para el ADN de doble hebra).

• ADN sintetizado artificialmente según la secuencia de aa que se quiere sintetizar.

La célula: unidad de estructura y función.

El descubrimiento de la célula y la teoría celular.

Robert Hooke observó los tejidos vegetales y describió con detalle el tejido suberificado formado por una serie de celdillas, similares a las del panal de abejas, por lo que estableció el término célula (del latín cellulae = celdillas).

Van Leeuwenhoek se dedicó a perfeccionar las lentes de aumento, así pudo ver por primera vez protozoos y rotíferos, alos que denominó animáculos, levaduras, espermatozoides, glóbulos rojos de la sangre e, incluso, basterias.

Siglo XVIII apenas hubo avances en citología debido a las aberraciones cromáticas y esféricas de las lentes que no permitieron mejorar la calidad de la observación de los primeros microscópios.

Brown (1831) descubrió en las células vegetales un corpúsculo al que denominó núcleo y al que atribuyó importantes funciones, aunque las desconocía.

Schwann (1839) estableció el paralelismo entre los tejidos animales y los vegetales al observar que el tejido cartilaginoso estaba constituido por células separadas claramente entre sí por una abundante materia extracelular y en cuyo interior también había un núcleo. En la célula no sólo es importante la estructura sino también su funcionamiento, al que denominó metabolismo.

Se dearrolló la teoría celular:

1. Todos los seres vivos, unicelulares o pluricelulares, están constituidos por células; la célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos.

2. La célula es capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida, es decir, la célula es la unidad fisiológica de todos los seres vivos.

Virchow (1855) enunció un tercer principio:

3. Las células solo pueden aparecer a partir de otras ya existentes.

Hasta ahora sólo se había observado la célula en sí, después se vio su interior.

Purkunje (1839) describió el medio interno de la célula vegetal, al que denominó protoplasma.

Pronto se distinguieron en el protoplasma dos partes, el citoplasma o parte que rodea el núcleo y el carioplasma, o parte contenida en el núcleo.

Remak descubrió la división directa o amitosis, en la que el núcleo se divide por estrangulación.

Strasburger (1879) descubrió en las célulasvegetales la división indirecta, a al que denominó cariocinesis.

Flemming (1880) al descubrir la división indirecta en animales la denominó mitosis.

Waldeyner (1890) observó unos filamentos nucleares a los que denominó cromosomas.

Ramón y Cajal (1899) autor de la teoría de la neurona, amplió la teoría celular al tejido nervioso al descubrir que éste también está constituido por células individuales.

Sutton y Boveri (1902) propusieron que la información biológica hereditaria reside en los cromosomas de la célula, así se puedo añadir:

4. La célula contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitir a sus descendientes, es decir, la célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos.

En resumen, la teoría celular enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos.

Posteriormente se inventó el microscopio, que precisa de costosas lentes con que s logran detalles más precisos. En 1930 se inventó el microscopio de contraste de fases, que mejora al microscopio óptico no en cuanto al número de aumentos sino en que no precisa la tinción de las preparaciones microscópicas.

Ruska inventó el microscopio electrónico, aunque no quedó perfeccionado para su uso en microbiología hasta 1952, que supuso una revolución en citología.

Concepto de célula.

La célula es una estructura simple constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN), que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción (siendo esta la más importante pues caracteriza lo que es un ser vivo).

Los virus, dada su estrecha dependencia de las células, deberían ser considerados sólo como materia viva pese a ser capaces de reproducirse. No son células y su estructura es mucho más sencilla, de dice que es una forma de vida acelular.

La forma de las células.

En resumen, la forma de las células está determinada básicamente por su función y pueden variar más o menos en relación con la ausencia de pared celular rígida, tensiones de uniones a células contiguas, viscosidad del citosol, fenómenos osmóticos y tipo de citoesqueleto.

Poseen gran variedad de formas: tanto redondeada o elíptica, como fusiforme, estrellada, prismática, aplanada… dependiendo de la presencia o no de una membrana rígida:

Muchas células que carecen de dicha membrana, presentan una membrana plasmática fácilmente deformable y, por ello, están cambiando constantemente de forma para emitir pseudópodos o prolongaciones citoplasmáticas para desplazarse y fagocitar partículas; otras, como los ciliados, eritrocitos y linfocitos, presentan una forma globosa (ello se debe a la cohesión entre las moléculas de agua); las células que se encuentran unidas a otras forman tejidos y, si carecen de dicha membrana rígida, tienen una forma que depende de las tensiones que en ella generen las otras células (p. ej. el tejido epitelial, en el cual, las células profundas tienen forma prismática, mientras que las superficiales, que no experimentan tensiones por otras superiores, son apalnadas); además, las células carentes de membrana rígida vienen muy influida por fenómenos de ósmosis.

Por otra parte, hay células provistas de secreción rígida como las bacterias, la mayoría de las células vegetales que poseen su pared de celulosa y los osteocitos del tejido óseo cuya forma es muy estable y no varía. La forma también depende de la función que desempeñen: las células musculares son alargadas y fusiformes para poderse contraer y relajar, las células del tejido nervioso son irregulares y poseen numerosas prolongaciones para captar estímulos y transmitirlos, las células del epitelio intestinal presentan en su membrana innumerables repliegues para aumentar su superficie de absorción, etc.

Unidades de medida en citología.

Dado su ínfimo tamaño, al unidad utilizada para indicar sus dimensiones es el la micra (), o el micrómetro (m); unidades menores para detalles de los orgánulos celulares, como el nanómetro (nm) que equivale a 1m/109; las distancias entre moléculas con el amstrong (Å); además se usan las unidades de masa, como el pictogramo (pg) para los orgánulos y el dalton (dalton) para macromoléculas. También se usa como medida de tamaño el svedberg (s), que es la unidad de sedimentación en centrífuga, para el ARNn, etc.

1 mm = 1000  = 1000 m = 1000 nm; 1 nm = 10 Å; 10.000 Å = 1 ; 1 pg = 10-12 gr; 1 dalton = 1,66.10-24 gr.

El tamaño de las células.

Es extremadamente variable, depende de la función y de la localización también.

Relación entre tamaño, forma y estado de la célula.

Relación s/v; s = 4r2; v = 4/3r3.

Cuando una célula aumenta su tamaño, su volumen aumenta proporcionalmente al cubo del radio, mientras que la superficie sólo aumenta en función del cuadrado del radio; esto implica que la relación superficie/volumen disminuye. Por este motivo, la mayoría son aplanadas, prismáticas o irregulares, para mantener la relación superficie/volumen constante: si es pequeña dicha relación significará que la célula está a punto de dividirsey, si por el contrario, es elevada, significará que están en constante crecimiento y que son jóvenes.

Los factores que limitan el crecimiento son: la capacidad del núcleo, el crecimiento, la superficie (ya que si esta no puede aumentar es debido a la capacidad de captación de nutrientes del medio que las rodea y la relación entre s/v).

Además, también ayuda observar el grado de empaquetamiento de la cromatina: si está extendida es porque la célula está en plena actividad metabólica, y si está muy empaquetada, es porque se induce el inicio de una división celular o de la muerte celular (aquí s epuee habalr de las poliploidías con un aumento pluricelular). NOTA: las proteínas tienen capacidad de dividirse, como cuando hablábamos de las microesferas proteinoides.

Longevidad celular.

La duración de la vida de las células es muy variada, los eritrocitos humanos perduran unos 100 días y, dado que carecen de núcleo, mueren; los hepatocitos viven unos 150 días; las bacterias viven media hora y en ella pueden completar su descendencia y acabar así su ciclo vital.

Estructuras de las células.

CUADRO.

Células animales y vegetales.

CUADRO.

Las envolturas celulares, el citoplasma y el centrosoma.

Los orgánulos celulares.

La membrana plasmática.

La membrana plasmática.

• Estrucutura: Es una delgada lámina de 75Å que envuelve a la célula y la separa del medio externo. Tiene prácticamente la misma estructura en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos, también es denominada membrana unitaria o celular.

Modelo en sándwich.

Danieli y Dauson modelo de composición en la membrana plasmática como: porosa por fuera y hacia dentro.

Sjöstrand y Elvin (1935) consideraron que las membranas interiores (de los orgánulos) son diferentes a la plasmática y propusieron la parte lipídica con forma glomerular insertada en una matriz de proteínas, siendo la capa menor la que establezca la unión.

Singer y Nicholson (1972) modelo de doble capa lipídica formando una estructura denominada mosaico fluido (es fluida, no rígida), todas las moléculas tienen gran facilidad para moverse lateralmente.

De pendiendo de la posición de las proteínas en la bicapa se pueden clasificar como:

Proteínas integrales o intrínsecas: que se encuentran total o parcialmente englobadas en la bicapa, si la atraviesan se denominan transmembranosas.

Proteínas periféricas o extrínsecas: que se sitúan adosadas a la bicapa en una de las caras.

Así, los glucolípidos y las glucoproteínas se sitúan en la cara externa, mientras que las proteínas se sitúan en ambos lados, siendo, por tanto, una estructura asimétrica. El glucocálix es el conjunto de cadenas de oligosacáridos pertenecientes a los glucolípidos y glucoproteínas de la membrana celular.

Factores de fluidez grado de saturación (a mayor grado de saturación más viscosidad y menos fluidez).

longitud de los ácidos grasos (a mayor longitud, menor fluidez).

temperatura (a menor temperatura, menor fluidez).

colesterol (a mayor porcentaje, menos fluidez y viceversa dentro de unos márgenes).

Composición: compuesta por un 52% de proteínas, un 40% de lípidos y un 8% de glúcidos (capa exterior), además de las proteínas transmembranosas con una parte hidrófila y otra hidrófoba.

La bicapa lipídica se halla compuesta por fosofolípidos (los más abundantes), colesterol y glucolípidos. Las proteínas se disponen de tal modo que sus radicales polares quedan fuera de la membrana y sus radicales lipófilos establecen contacto con los lípidos de la membrana.

• Función: 1. En general mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, moléculas y elementos. 2. Las proteínas producen la regulación del paso de sustancias, controlando el transporte da través de la membrana de una gran número de iones y de moléculas; 3. mantiene la diferencia de potencial iónico, haciendo que el medio interno esté cargado negativamente a un lado y a otro de la membrana.

El glucocálix realiza el reconocimiento celular como en la fecundación, en virus y bacterias al detectar las células a las que van a infectar (inmunidad) y entre células similares mediante los receptores de membrana.

• Diferenciación según su localización.

Apical, en la parte superior celular:

Microvellosidades (prolongaciones digitiformes en células animales que aumentan la superficie de absorción cuya función es la superficie de intercambio. Su membrana posee enzimas y sistemas de transporte implicados en la digestión celular. Epitelios: en el intestino para no perder las sustancias.

Estereocilios (microvellosidades de las células de la códea (parte del oído interno de mamíferos) que transforman las ondas sonoras en impulsos eléctricos).

Basal, por debajo:

Invaginaciones (repliegues de la membrana por el otro lado que aumentan la superficie de intercambio o la secreción de diferentes sustancias).

Lateral, a ambos lados.

Desmosomas (deja un gran espacio intercelular con lo cual una célula entre sí permite pasar diferentes sustancias. Poseen estructuras proteicas de donde parten las proteínas transmembranosas que se unen a la célula contigua y se halla unido al citoesqueleto por una red de filamentos de queratina. Pueden formar: desmosomas en banda -bandas continuas- y desmosomas puntuales -pueden juntarse en contactos de células vecinas-).

Hemidesmosomas (unión de las células epiteliales con células de tejido conjuntivo adyacentes).

Uniones estrechas (uniones que no dejan espacios intercelulares y que se hallan reforzadas por proteínas filamentosas intracelulares impidiendo el paso de sustancias).

GAP (o uniones hendidura que dejan un pequeño espacio intracelular (canal) para las sustancias. Constituidas por dos conexones, se conectan los citoplasmas permitiendo el intercambio, son también comunicantes. Unen también células del tejido muscular cardíaco).

Transporte a través de la membrana.

Se eliminan productos de desecho del metabolismo y se captan nutrientes del exterior celular.

Membrana de permeabilidad selectiva porque permite el paso de pequeñas moléculas lipófilas, pero regula el paso de las no lipófilas.

• Transporte pasivo.

A favor del gradiente, es decir, hacia donde hay menor gradiente y sin gasto de energía.

Gradiente de concentración: por difusión pasan hacia el medio menos concentrado.

Gradiente eléctrico: si el medio externo es positivo y la célula es negativa, por difusión los iones negativos salen y los positivos entran.

La conjunción de ambos origina el gradiente electroquímico que facilita o reduce la difusión de las moléculas a través de la membrana, viene dado por:

Difusión simple: paso de moléculas pequeñas a favor del gradiente. Es más rápido cuanto: menor tamaño tenga la molécula, mayor gradiente o diferencia de concentración a ambos lados de la membrana, más apolar o lipófila sea la partícula. Ésta se puede realizar a través de: la bicapa (para moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y el cloroformo etc, y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico -la del agua recibe el nombre de ósmosis-) o canales (mediante las denominadas proteínas de canal iónicos, así entran iones como K+, Ca+, Cl- etc; éstas son proteínas transmembranosas con un orificio o canal interno que suele hallarse cerrado y puede abrirse por voltaje -al producirse variaciones en el potencial eléctrico de la membrana- o por ligando -cuando ciertas sustancias, como neurotransmisores u hormonas, se unen a una determinada región, el receptor, de la proteína de canal, la cual sufre una transformación que abre la apertura-).

Difusión facilitada: pequeñas moléculas polares como glúcidos, aminoácidos… que requieren proteínas transmembranosas que faciliten su paso por la bicapa, llamadas proteínas transportadoras o permeasas y que al unirse a ellas sufren un cambio en su estructura para introducirlas en el interior de la célula. Pueden ser: uniporte (una sola sustancia), simporte (dos sustancias) y antiporte (dos sustancias en direcciones opuestas).

• Transporte activo.

Proteínas de membrana que requieren un gasto de energía en forma de ATP para transportar las moléculas al otro lado de la membrana puesto que se produce en contra del gradiente electroquímico. Ejemplos: la bomba de Na+-K+ y la bomba de Ca2+.

Bomba de Na+-K+:

Mediante el gasto de una molécula de ATP, bombea tres Na+ hacia el exterior y dos K+ hacia el interior (exterior + respecto al interior -), la diferencia de potencial obtenida es denominada potencial de membrana o potencial de reposo (permite la entrada de iones positivos mediante el transporte pasivo y permite a la célula captar estímulos externos que actúan abriendo canales por los que entran espontáneamente iones de Na+, con los que se despolariza la membrana, quedando tantos Na+ fuera como dentro haciendo que se rebaje el potencial de membrana o potencial de acción, con lo que se inicia una despolarización de la membrana que se transmite por la superficie celular).

Otro tipo de bomba:

ATPasas de membrana: bombas que generan ATP.

Boller y Walter (1997) y Skov descubridores de la ATPasa de sodio y potasio, aportación en su estructura y función (síntesis de ATP).

Mitchel (1961) Teoría quimiosmótica: genera ATP por la disipación de un gradiente de protones producido en las cadenas de transporte electrónico de mitocondrias o membranas tilacoidales de los cloroplastos, así como en la membrana de células procariotas.

Movimiento constante de electrones de mayor a menor energía: penetra una concentración altísima de protones (H+) que se difunde, paso a través de la ATP-asa. Energía que está acoplada a la síntesis de ATP-C = fosforilación oxidativa, disipación natural.

Se bombean protones al exterior de la células (lo elimino del citoplasma al espacio mitocondrial, es decir, dentro de dicho orgánulo, no fuera de la célula en sí, lo que supone un déficit en el citosol). También en sentido inverso (gradiente de protones).

La sustancia no se modifica en el transporte a menos que sea una translocación de grupo en la cual la molécula pierde un grupo (como enzima transferasa).

Endocitosis.

Entrada de macromoléculas o partículas complejas en el interior de la célula.

• Invaginación: depresión de una pequeña zona de la membrana plegada al interior.

Simple: ante una sustancia determinada se invagina.

Mediada por receptor: las sustancias son reconocidas por un receptor específico de la cara externa de la membrana produciéndose una invaginación, existen en la cara interior de la membrana unas fibras proteicas llamadas clatrina que dan lugar a vesículas.

• Digestión: unión de un lisosoma con una vesícula de la endocitosis (que han transportado sustancias del exterior), esa unión es la llamada vacuola digestiva donde los productos del metabolismo se retirarán hacia la célula.

• Tránsito intracelular: vesícula transportadora de sustancias de un lado a otro de la célula.

Dos casos especiales de endocitosis:

Pinocitosis: ingestión de partículas líquidas o muy pequeñas, la llevan a cabo los organismos con nutrición sapotrofa (hongos = partícula en descomposición) y osmotrofa.

Fagocitosis: ingestión de macromoléculas dando lugar a vesículas fagocíticas o fagosomas, esto se da en los organismos fagotrofos como los neutrófilos y macrófagos de la sangre (se comen cualquier bacteria del organismo). Todos estos organismos se deforman, emiten pseudópodos (son prolongaciones del citoesqueleto que se producen en un sentido mientras se produce la despolimerización de la fibra en el otro sentido) que necesitan hasta engoblar las sustancias en el fagosoma o vesícula fagocítica (como el lisosoma -proceso digestivo-).

Exocitosis.

Paso al exterior celular. Implica la fusión de las vesículas con la membrana plasmática.

• Función.

Estrucutural y de relación: forma o regenera el glucocálix (cadena de oligosacáridos en la cara externa de la membrana plasmática). Las vesículas vierten sustancias para formar la matriz extracelular para tejidos donde las células no están pegadas sino enganchadas en dicha matriz o para enviar sustancias o metabolitos que funcionan como señales.

Secreción: puede ser constitutiva: del retículo endoplasmático al aparato de Golgi y vertido al exterior, o reguladora: en lugares localizados de la célula y mediante estímulos externos, como las glándulas exocrinas de enzimas digestivas, endocrina y neurotransmisores. En este caso las vesículas también se encuentran revestidas de clatrina.

Excreción: secreción de productos de desecho del metabolismo, para protozoos o protictas el lugar para estas sustancias de desecho es un citoprocto.

ESTRUCTURAS Y ORGÁNULOS NO MEMBRANOSOS.

Las membranas de secreción.

Envueltas exteriores o externas:

Los orgánulos de las células eucariotas a veces aparecen envueltos en membranas que desempeñan un papel muy importante en su recubrimiento:

Pared celular en vegetales.

Rígido y altamente organizado.

• Estructura (y dos componentes principales).

Dos compuestos principales:

cristalino (fibras de celulosa)

compuesto amorfo (matriz de pectinas, hemicelulosa, agua, sales minerales y ligninas en algunos casos)

En células diferenciadas, la membrana celular es una capa gruesa formada por varias capas que se van depositando.

Es una envoltura gruesa y rígida que recubre las células vegetales.

Posee varias capas depositadas al madurar:

lámina media (la más externa, primera en formarse tras la división celular, puede ser la compartida por células adyacentes, está integrada por pectinas, proteínas y después iones de Ca2+)

pared primaria (pared gruesa de estructura fibrilar debajo de la anterior hacia el interior de la célula formada por largas fibras de celulosa cohesionadas por polisacáridos -hemicelulosa y pectina- y glucoproteínas)

pared secundaria (capa más interna por debajo de la anterior en algunos tipos especiales de células como tejidos de soporte o vasculares, consta de una o varias capas fibrilares y carecen de pectinas, las microfibrillas de celulosa se ordenan paralelamente dando lugar a varias capas de diferente ordenación).

Forman parte de la pared: las ligninas en tejidos como el xiloma y el esclerénquima (tejidos de sostén), ceras y cutinas en el haz de las hojas y suberina en el corcho.

¿Cómo la célula vegetal intercambia sustancias a través de paredes tan gruesas? Porque las paredes celulares no son contínuas, dejan puentes o plasmodesmos para el paso de sustancias, que aparecen en células jóvenes y a veces se forman depresiones donde se inhibe la secreción de la pared secundaria y en ese caso se denominan punteadotes (que a su vez sirven para diferenciar el tipo de plastos).

• Funciones.

Conferir rigidez a la pared celular vegetal y contribuye al mantenimiento de su forma.

Une a una célula adyacente conectando las células en tejidos vegetales.

Posibilita el intercambio de fluidos y comunicación intercelular.

Permite a esa célula vivir en un medio hipotónico que impiden que se hinchen y estallen.

Impermeabiliza la superficie vegetal en algunos tejidos gracias a la cutina y suberina para evitar pérdidas de agua.

Sirve de barrera al paso de agentes patógenos.

Matriz extracelular en animales.

En tejidos animales la matriz extracelular es un producto de secreción celular que acumula moléculas sintetizadas por éstas.

• Estructura.

Fibras proteicas inmersas en una estructura gelatinosa como colágeno, elastina, fibronectina (igual a la glucoproteína que forma una trama adherente entre fibras de colágeno y células) y glucoproteínas en general, constituidas por una proteína filamentosa y filamentos de glucosaminglucanos que se fijan al ácido hialurónico formando complejas estructuras moleculares.Estas fibras son muy hidrófilas y retienen mucha agua.

Matriz muy abundante en tejido cartilaginoso y conjuntivo que se acumulan, si se acumula más:

fosfato cálcico = tejido óseo.

quitina = exoesqueleto de artrópodos.

sílice = “esqueleto de esponjas” (no es un esqueleto propiamente dicho, formados por esponjina).

• Función.

Contribuye al mantenimiento de la forma celular y la estructura tisular (igual al de los tejidos).

Regula el intercambio de sustancias.

Interviene en el intercambio de sustancias célula a célula y la adhesión celular.

Participa en el reconocimiento de reacciones metabólicas (porque en ellas hay algunas enzimas).

El citoplasma.

Citoesqueleto.

Constituye una red de filamentos proteicos compleja interconectada responsable del mantenimiento y de los cambios en la forma celular, también responsable del movimiento y posición de los orgánulos, de la motividad (igual al movimiento) y división. Constituida por:

• Microtúbulos.

Filamentos tubulares constituidos por moléculas de naturaleza proteica como la tubulina, tienen su origen en la centrosfera del centrosoma en las células animales. En vegetales no existe el centrosoma por lo que los microtúbulos se forman a partir de MTOC o centro organizador de microtúbulos en vegetales, zona densa porque cuando se compactan con los electrones no los dejan pasar.

Estructura: cilíndrica y hueca formada por tubulina, 13 protofilamentos constituidos generalmente por dímeros de  y  - tubulina.

En células en división aparecen las y-tubulina.

El ensamblaje de  y -tubulina conlleva un gasto de GTP y toda la estructura se estabiliza con unas proteínas llamadas MAPS, que son proteínas asociadas a microtúbulos.

Función: 1. mantenimiento de la forma celular; 2. participa en el transporte de orgánulos y partículas del interior celular y la formación del miembro axónico de células nerviosas, gracias a un eje de microtúbulos; 3. en las inclusiones de melanina de los melanóforos y movimiento de vesículas de secreción constituyen los elementos principales en el huso mitótico; 4. forman cilios y flagelos y corpúsculos basales, por ello intervienen en el movimiento celular mediante la emisión de pseudópodos lo que implica la existencia de fibras de microtúbulos que se polimerizan por una zona si y otra no. Positivo cuando se despolimeriza y negativo cuando se polimeriza.

• Microfilamento de actina.

Estructura: Son proteína globular asociada a Ca2+ que forman filamentos constituidos por filamentos enrollados helicoidalmente, asociadas a la miosina unida en haces de filamentos densos.

Funciones: 1. se pueden asociar a otras fibras proteicas que pueden presentar características contráctiles o no. Por ejemplo si la posee la miosina que interviene en la contracción muscular 3. emisión de pseudópodos en el movimiento de ciclosis (moviemiento que tiene lugar en el citoplasma) 4. estructural como cuando la red de actina forma el soporte de mantenimiento de la forma celular, por ejemplo las microvellosidades que tienen filamentos de actina 5. forman parte de uniones intercelulares 6. provocan el anillo contráctil en procesos de estrangulación y escisión binaria y producen un córtex (entramado de redes de actina bajo la membrana plasmática).

• Filamentos intermedios.

Estructura: Abundantes en animales, de naturaleza proteica y se denominan así porque tienen una longitud o dimentsión entre los dos anteriores (microtúbulos o filamentos de actina). Entre ellas podemos encontrar proteínas filamentosas como:

neurofilamentos que se disponen irregularmente en el citoplasma y en los axones de las neuronas.

filamentos de queratina o tonofilamentos de las células epiteliales.

filamentos de desmina y de vitelina en células musculares y tejido conjuntivo.

Función: 1. siempre estructural en células sometidas a esfuerzos mecánicos.

Centrosoma.

Presente en las células animales solo en el centro organizador de microtúbulos.

Estructura.

En el interior aparece el diplosoma, formado por dos centriolos dispuestos perpendicularmente. Se encuentra, además, inmerso en el material periocentriolar, que es el centro organizador de microtúbulos. En él se organizan una serie de microtúbulos que parten radialmente, el áster. Forma de cilindro gracias a los nueve tripletes de microtúbulos y a las proteínas que los unen o puentes.

Función.

Son centros organizadores de microtúbulos, por tanto, del centrosoma derivan todas las estructuras que están constituidas por microtúbulos. Un ejemplo son los unidipolios, que son estructuras de movimiento: como cilios (situados en la superficie citoplasmática de la célula, también rodeados de membrana) y flagelos; el huso acromático encargado de separar los cromosomas en la división celular y las estructuras del citoesqueleto organizadas alrededor de los microtúbulos.

En los unidipolios de distinguen cuatro zonas:

tallo: muestra una membrana plasmática, una matriz o medio interno y el axonema formado por microtúbulos.

zona de transición: zona densa a electrones (que rebotan), sin membrana.

corpúsculo basal: o cinetosoma, no tiene ningún microtúbulo central, se aprecia una zona distal y otra proximal.

raíz: filamentos de carácter contráctil.

Su función es formar el huso acromático o mitótico para repartir los cromosomas y formar el citoesqueleto. En una célula vegetal lo va ha hacer el MTOC, porque no tiene centrosoma, no tiene conjunto de dos centriolos.

A parte, los microtúbulos aparecen unidos a moléculas proteicas como: la dineína, que gracias a su función ATP-asa permite el movimiento del unidipolio; la nexina, que mantiene la disposición cilíndrica del axonema y las fibras radiales.

Los ribosomas.

Estructura.

Estructuras globulares, sin membrana, constituidas por varios tipos de proteínas asociadas a ácidos ribosómicos procedentes del nucleolo. Pueden encontrarse dispersos en el citosol o adheridos a la membrana del RER gracias a unas proteínas llamadas riboforinas, que posibilitan su anclaje.

Corpúsculos esféricos constituidos por una subunidad menor de 40s formada de dos a tres moléculas de ARN y una subunidad mayor de 80s formada por una molécula de ARN.

Función.

1. Biosíntesis de proteínas. 2. El ARNm se une a la subunidad menor y, después, a la mayor del ribosoma para la traducción, se forma así una especie de collares denominados polirribosomas o polisomas.

Las inclusiones (entre el tema 8 y 9 -mb y no mb-).

• Estructura.

Estructuras no rodeadas de membrana excepto en algunas ocasiones.

• Funciones.

Posee tres principales según el contenido de la inclusión: 1. de reserva; 2. acumuladores de pigmentos; 3. cristalina. Acumulan glúcidos: glucógeno en células hepáticas y musculares, almidón en vegetales, lípidos en el tejido adiposo y en células vegetales también (en este caso no están rodeados de membrana). Acumulan pigmentos: tres tipos: carotenoides (color naranja, también rojo en células vegetales), hemoglobina (cuando este pigmento se destruye forma la hemoxiderina que se encuentra en el citoplasma de macrófagos, de color pardo) y melanina (acumulada en células del ojo y epiteliales). Inclusiones cristalinas: cristales de proteínas, son acúmulos de proteínas que se funden en el citoplasma, cristalizan y quedan sin membrana, de función desconocida. Carboxisomas: acumulos de una proteína, en este caso, es la rubisca (ribulosa 1,5-difosfato carbosxidasa), que se encarga de la fijación de CO2 en bacterias autótrofas, también llamados cuerpos poliédricos.

ORGÁNULOS MEMBRANOSOS.

El retículo endoplasmático.

Es un sistema membranoso compuesto por sáculos aplastados y túmulos sacarados conectados entre sí dejando un espacio en el interior que recibe el nombre de lúmen.

Se distinguen dos clases:

Retículo endoplasmático rugoso (RER).

No existen retículos en los glóbulos rojos porque es una célula muy especializada que ha llegado a perder el núcleo por transportar la hemoglobina (en nuestra especie).

Se encuentra adherido a ribosomas.

• Estructura.

La membrana es más fluida pues posee menor porcentaje de colesterol y más glucolípidos, presentan proteínas encargadas de fijar los ribosomas denominadas las riboforinas.

• Función.

1. en cuanto a las proteínas se encarga de su síntesis, 2. su introducción en el lúmen, 3. su modificación en la postraducción (glucosidación), 4. su almacén y transporte hacia los orgánulos (donde son utilizados para construir membranas) a través de vesículas segregadas por el RER, cuya función es mantener la forma de la proteína, repararlas o eliminarlas, en este caso facilitan plegamiento de la proteína y evitan su precipitación. (Dichas vesículas son donde va la proteína sintetizada correspondiente y otras llamadas chaperolinas).

Retículo endoplasmático liso (REL).

• Estructura.

No contiene ribosomas adosados a la membrana, pero contiene un gran número de enzimas cuya principal actividad es la síntesis de proteínas.

- Función.

1. sintetizan todos los lípidos a excepción de los ácidos grasos (que se sintetizan en el citosol) y los lípidos mitocondriales, que ambos son transportados por vesículas o proteínas específicas en la transferencia de lípidos. 2. Intervienen en procesos de destoxificación o de degradación de sustancias tóxicas y liposolubles para ser eliminadas por las células hepáticas, 3. interviene también en la contracción de los músculos estriados (en este caso interviene el retículo sarcoplástico que acumula iones de Ca2+ gracias a una bomba de calcio que degrada ATP al recibir un estímulo interno). FOTOCOPIA.

El aparato de Golgi.

Esta formado por dictiosomas o agrupaciones en paralelo de cuatro a ocho sáculos discoidales denominados cisternas acompañados de vesículas de secreción.

• Estructura.

El dictiosoma presenta una cara cis enfrentada al retículo (más cerca del núcleo) que procede de la envoltura nuclear y una cara trans orientada a la membrana plasmática. El contenido de los dictiosomas va avanzando hacia la cara trans, una vez que llega es convertido y acumulado. Éstas pueden actuar como lisosomas si contienen enzimas digestivas o pueden dirigirse hacia la membrana plasmática donde pueden verter su contenido al medio externo.

• Función.

1. de transporte, maduración, acumulación y secreción de proteínas procedentes del retículo endoplasmático, 2. la glucosidación de lípidos o proteínas mediante la unión a éstos de cadenas de oligosacáridos dando lugar a glucolípidos o glucoproteínas de membrana, 3. la síntesis de proteoglucanos (mucopolisacáridos) que son parte esencial de la matriz extracelular y de los glúcidos constitutivos de la pared celular vegetal (pectina, hemicelulosa, celulosa), 4. la constitución de lisosomas, la secreción en células vegetales del glucocálix y el tránsito de lípidos a través de la célula (empaquetados).

Los lisosomas.

Son vesículas formadas en el aparato de Golgi que contienen enzimas digestivas hidrolíticas llamadas hidrolasas a pH ácido (=5) que contienen cuatro tipos de enzimas: la fosfatasa ácida y las lipasas que recuperan los enlaces de tipo éster, los neuromidasas que rompen los enlaces glucosídicos, las carboxipeptidasas que rompen los enlaces peptídicos y la nucleotidil transferasa que cataliza la transferencia de grupos fosfóricos o fosofato.

• Estructura.

Poseen una membrana plasmática muy importante por tener un sistema de transporte especial que introduce protones (H+) en su interior para mantener el nivel de pH alrededor de 5 (ácido) mediante el gasto de ATP y poseen las proteínas de la cara interna muy glucosidadas impiden que las enzimas hidrolasas ataquen la propia membrana del lisosoma (el pH interno es muy ácido y existen enzimas proteolíticas, como las carboxis¡dasas, que rompen enlaces proteicos, para evitar que ambos rompan las proteínas de la cara interna).

• Función.

1. digestión intracelular a nivel intra o extracelular, la principal enzima digestiva es la fosfatasa ácida, capaz de romper los enlaces fosfoestéricos y liberar grupos fosfato.

- Clasificación.

Dos tipos de lisosomas, ambos constituyen un proceso activo de digestión cuyo contenido es heterogéneo: primarios (no han intervenido aún en el proceso, pueden verter su contenido fuera de la célula o fusionarse con otras vesículas) y secundarios (en los que se realiza la digestión intracelular, pueden ser:

fagolisosomas (son los lisosomas primarios más vesícula fagocítica que viene de la endocitosis), autofagolisosomas (en células vegetales e insectos, son los lisosomas primarios más las vesículas autofagocíticas que eliminan estructuras de células dañadas, sustancias tóxicas o elementos reciclados),

Las moléculas restantes de ambos atraviesan la membrana del lisosoma y son aprovechados por las células, lo no digerido queda dentro del secundario como residuo (excreción: cuerpos residuales o telolisosomas) y

cuerpos multivesicculares (contienen gran número de vesículas unidas por una única membrana).

Casos especiales: cromosoma (células espermáticas que contienen células degradativas de la célula óvulo para introducir el contenido genético, cada especie posee unas células de este tipo específicas) y granos de aleuronas (en semillas en estado de desecación que al absorber agua se degradan y empieza la germinación).

Las vacuolas.

Orgánulos citoplasmáticos, rodeados de membrana que recibe el nombre de tonoplasto.

• Estructura.

Las vacuolas de las células animales suelen ser pequeñas y actualmente se denominan vesículas, encontramos las vacuolas pulsátiles que expulsan agua al exterior de una forma rápida impidiendo que ésta estalle por acumulo de agua y las fagocíticas o pinocíticas con función nutritiva y que contienen enzimas lisosómicas; las de las células vegetales suelen ser muy grandes y el conjunto de vacuolas de ella recibe el nombre de vacuoma.

• Funciones de las vegetales.

Posee tres funciones principales: 1. acumulan en su interior gran cantidad de agua y con ello se consigue el aumento de volumen de la célula vegetal (turgencia celular) sin variar la cantidad de citosol, ni de salinidad (el agua, que realiza una función estructural, entra por ósmosis debido a la elevada concentración de sustancias que hay en las vesículas iniciales), 2. sirven de almacén de muchas sustancias de reserva como iones, glúcidos, aminoácidos, proteínas, pigmentos… otras sustancias de reserva son productos de desecho que resultarían perjudiciales si estuvieran en el citosol y otros son sustancias específicas como, por ejemplo, los autocianósidos responsables de los colores de los pétalos o los alcaloides venenosos para repeler a los animales herbívoros, 3. una función digestiva, como las vacuolas fagocíticas y las pinocíticas, que poseen enzimas hidrolasas.

Los peroxisomas y los glioxisomas.

Los peroxisomas.

Son orgánulos parecidos a los lisosomas, pero en vez de contener enzimas hidrolasas contienen oxidasas, hay tres tipos: uratoxidasa, catalasa y aminoacidoxidasa. Intervienen en reacciones de oxidación.

• Estructura.

Su membrana posee una matriz densa de aspecto granular, carecen de ADN.

• Función

Reacciones de oxidación asociadas al metabolismo de purinas y ácidos grasos:

RH2 + O2 ! H2O reacciones de destoxificación (eliminan sustancias tóxicas oxidándolas).

2H2O2 ! 2H2O (desprendimiento de O2) catalasa.

H2O2 + CH3-CH2-OH ! CH3-CHO + H2O

Los glioxisomas.

Solo se encuentran en las células vegetales. Poseen enzimas responsables del ciclo del ácido glioxílico, una variante del ciclo de Krebs; esencial para la germinación de las semillas ya que, a partir de sus reservas lipídicas, sintetiza glucosa, única molécula que admite el embrión.

Las mitocondrias.

Son orgánulos de doble membrana. El conjunto de mitocondrias de una célula se denomina condriana.

Estructura.

Son abundantes en células que necesitan más energía como las hepáticas, musculares, ovocitos. Están formados por una membrana mitocondrial externa lisa y una membrana mitocondrial externa con numerosos repliegues internos denominados crestas mitocondriales. Estas membranas originan dos compartimentos: espacio intermembranoso, entre dos membranas (perimitocondrial) y la matriz, espacio delimitado por la membrana interna. En la matriz mitocondrial aparecen varias moléculas de ADN mitocondrial (circular y de doble hélice) y ARN ribosómico de 70s. La membrana mitocondrial externa (unitaria, baja proporción de proteínas enzimáticas/de obtención de energía ! metabolismo aerobio) posee un gran número de proteínas transmembranosas que actúan como canales de penetración (porinas). En el espacio intermembranoso, de contenido similar al citosol, la membrana mitocondrial interna presenta repliegues o crestas (aplanadas o tubulares) que incrementan su superficie y por tanto su capacidad metabolizadora. Es bastante impermeable, se encuentran la ATPasas y la cadena de transporte de electrones.

Función.

1. obtención de energía, metabolismo aerobio, es decir, su actividad principal es la respiración mitocondrial, cuya última etapa es la cadena respiratoria que se realiza en la membrana interna, 2. en la matriz mitocondrial existe un medio interno rico en enzimas y en el que se lleva a cabo un gran número de reacciones químicas, 3. éstas son la obtención de energía a partir de: el ciclo de Krebs, la -oxidación de los ácidos grasos, al biosíntesis de proteínas mitocondriales, la duplicación del ADN mitocondrial y la descarbonixilación de ácidos pirúvicos transformados en: acetil-coA + NADH + H+ + FADH2, 4. La membrana externa sintetiza el ADN por medio de la fosoforilación-oxidativa.

Génesis.

Las descubre Lucke (1963). Se dividen de manera independiente en el interior de la célula por bipartición, estrangulación y gemación.

Los cloroplastos.

Se originan a partir de los protoplastos: plastidios pequeños no diferenciados con dos membranas de aspecto granular y se encuentran en las células embrionarias celulares o meristemos. La diferencia depende del tejido y las funciones en las que se encuentre o desempeñe.

Cromoplastos: otro tipo de pigmento, pigmentos accesorios de la fotosíntesis. Función: fotoprotectora. Pigmentos: carotenoides (rojo, amarillo, anaranjado, pardo).

Leucoplastos: incoloros, almacenan sustancias de reserva. Si acumulan un almidón son denominados amiloplastos y cuando acumulan ácidos grasos se denominan elaioplastos.

Cloroplastos: de color verde debido a la presencia del pigmento clorofila. Las formas que puede adoptar son diversas.

Estructura.

Presentan una doble membrana: una membrana plastidial externa y otra interna. La externa es muy permeable, la interna es casi permeable por lo que posee gran cantidad de permeasas denominadas translocadoras. En el interior, delimitado por la membrana plasmidial interna, hay una cámara que contiene un medio interno denominado estroma, que posee: ADNplasmidial (circular y de doble hélice), plastorribosomas de 70s, enzimas como el rubisco (responsable de la fijación del CO2), inclusiones de granos de almidón y las inclusiones lipídicas. Inmerso en el estroma hay numerosos sáculos membranosos que se disponen en paralelo al eje mayor el cloroplasto denominado tilacoides. Se agrupan en granos, algunos tilacoides atraviesan el cloroplasto uniendo los diferentes granos de manera que todo queda unido creando un espacio tilacoidal. Membrana de tilacoides: composición diferente ya que contiene clorofila, carotenoides y pigmentos accesorios, también se encuentran los fotosistemas compuestos por centro de reacción, pigmentos, cadena transportadora de electrones y ATPasas para la fotofosfarilación.

Función.

1. se encarga de realizar la fotosíntesis, donde se realiza la síntesis de ATP y NADPH que dependen de la luz y otros procesos independientes de ésta, 2. biosíntesis de ácidos greasos, utilizando glúcidos, NADPH y ATP sintetizados, 3. reducción de nitratos o nitritos (los nitritos se reducen a NH3 que es la fuente de N para la síntesis de aminoácidos y nucleótidos).

Génesis.

Escisión binaria, la luz juega un proceso importante en el proceso.

El núcleo y los cromosomas.

El núcleo celular.

Está constituido por una doble membrana denominada envoltura nuclear. El medio interno recibe el nombre de nucleoplasma y en él se encuentran, más o menos condensadas, las fibras de ADN denominadas cromatina, y uno o más corpúsculos, muy ricos en ARN, denominados nucleolos.

• Cambios del núcleo durante el ciclo celular.

Se distinguen dos formas:

Núcleo en interfase: envoltura intacta y fibras de cromatina desenrolladas, momento en el que su actividad es más elevada (núcleo en movimiento) puesto que las fibras de ADN están extendidas para permitir su transcripción a ARN, y para permitir su duplicación momentos antes de la división celular.

Núcleo en división: fibras de cromatina condensadas dando lugar a bastoncillos, más o menos alargados, llamados cromosomas (aquí se da la mitosis y meiosis dependiendo del número de cromosomas de cada célula hija respecto a al célula madre).

• Características.

Número: generalmente solo hay un núcleo por célula, aunque de forma excepcional puede haber más de uno. Esto puede deberse a la unión de varias células uninucleadas, mediante la desaparición de las membranas plasmáticas que las separan, dando lugar a una célula polinucleada denominada sincitio (células musculares) o puede ser el resultado de varias divisiones nucleares sin que se dé la división del citoplasma, entonces se denomina plasmodio.

Forma: variada; las células vegetales tienen un núcleo en interfase discoidal y en posición lateral generalmente y las células animales suelen tenerlo esférico y en posición central; así, en células alargadas, el núcleo suele ser elipsoidal.

Tamaño: variable; para cada tipo de célula existe una relación nucleoplasmática (RNP) entre el volumen nuclear y el volumen citoplasmático, que se mantiene constante: por debajo de ese valor se induce una división celular porque si el volumen del citoplasma ha crecido mucho, el núcleo puede ser incapaz de controlarlo entero, si no aumenta en igual proporciones la célula puede estallar. RNP = Vn / (Vc - Vn).

La envoltura nuclear.

• Estructura.

Doble membrana que presenta un gran número de ribosomas adosados y está en comunicación con el retículo endoplasmático rugoso pudiendo realizar las mismas funciones que él.

Membrana externa con un espacio interior denominado espacio perinuclear de unos 200 a 300 Å de grosor y, bajo ésta, una lámina nuclear o lámina fibrosa

La membrana interna presenta un tipo de proteínas de membrana que sirve de anclaje para las proteínas que constituyen la lámina nuclear (proteínas fibrilares que se unen a la membrana interna, fijan las fibras de cromatina, y están relacionadas con la formación de los poros).

Poros: orificios cuyo diámetro es de unos 800 Å, cada uno posee una serie de proteínas que lo circundan, el complejo del poro nuclear y estructura discoidal que presenta en su periferia, tanto arriba como abajo, ocho gránulos de ribonucleoproteínas que forman un anillo.

La luz del canal esta tapada por ocho partículas proteicas cónicas que dejan un canal de sólo unos 100 Å de diámetro, por ello los poros pueden regular el paso de subunidades ribosómicas o, incluso, proteínas de pequeño tamaño.

• Función.

1. separa el nucleoplasma del citosol, evitando así que muchas de las enzimas sintetizadas en el citoplasma puedan intervenir en el núcleo y mantener así separados los procesos metabólicos de ambos medios, 2. regula el intercambio de sustancias a través de los poros puesto que es necesaria la entrada de nucleótidos, de las enzimas ADN-polimerasas y ARN-polimerasas, y la entrada continua de histonas, así como la salida de ARNm y de las subunidades ribosómicas.

EL nucleoplasma.

Medio interno del núcleo, es una dispersión coloidal en estado gel, compuesta por proteínas relacionadas con la síntesis y empaquetamientos de los ácidos nucleicos (enzimas) por nucleótidos de ARN y ADN, además de agua e iones.

• Estructura.

Existe en él una red de proteínas fibrilares con funcionalidad similares a las del citoesqueleto.

• Función.

Es el medio en cuyo seno se realiza la síntesis (replicación) del ADN nuclear.

El nucleolo.

Se encuentra en el interior del núcleo interfásico y que, durante la división celular del núcleo, cariocinesis, desaparece.

• Estructura.

Corpúsculo esférico constituido básicamente por ARN y por proteínas, en él se distinguen dos zonas:

Zona fibrilar: formada por ARN nucleolar de 45s asociado a proteínas.

Zona granular: formada por los ARN ribosómicmos restantes, también asociado a proteínas, fromando las subunidades ribosómicas de 60s y 40s que luego saldrán por los poros nucleares al citosol.

Estas subunidades se unen en el momento de la síntesis de proteínas.

• Función.

1. denominados organizadores nucleolares, al haber varios genes iguales, uno continuación del otro, y al transcribirse continuamente por diferentes ARN-polimerasa, se observa una serie de ARNn de diferentes longitudes denominadas estructuras plumosas. 2. se encarga de la síntesis de ARN imprescindible para formar los ribosomas, puede haber uno o varios dependiendo de la actividad de su célula.

La cromatina.

Sustancia fundamental del núcleo. Se halla constituida por filamentos de ADN en diferentes grados de condensación.

Se distinguen dos tipos:

Heterocromatina o cromatina condensada: no se descondensa.

Constitutiva del organismo: está condensada en todas las células del organismo.

Facultativa: está condensada en las células pero no en otras del mismo organismo.

Eucromatina o cromatina difusa: sí se puede transcribir puesto que si se descondensa.

• Estructura.

Fibra de cromatina de 100 Å denominado collar de perlas que a su vez está formado por la fibra de ADN, la denominada doble hélice, asociado a unas proteínas llamadas histonas.

Puede presentarse como una fibra enrollada sobre sí misma de 300 Å de diámetro.

Cada nucleosoma de dicha fibra está formado por una partícula denominada núcleo o partícula nuclear constituida por un octámero de histonas y un segmento de ADN, y por dos colas de ADN (ADN espaciador: formado por 200 pares de bases situado entre un octámero y otro, esto recibe el nombre de fibra laxa) que lo unen con el anterior y posterior nucleosoma.

Cuando cada nucleosoma se asocia a la histona H1, que es la que falta, recibe el nombre de forma condensada; a pesar de ello no es imprescindible dicha histona salvo para la forma laxa y para la síntesis de la fibra de 300 Å (que constituye el segundo nivel de empaquetamiento) a parte de presentar cierta variabilidad de una especie a otra (puede incluso ser sustituida por otra).

Estructura cristalina: asociación del ADN con protaminas (proteínas más pequeñas y básicas que las histonas, diferentes para cada especie) que aparecen en el núcleo de los espermatozoides que da lugar a un mayor grado de empaquetamiento y movilidad del espermatozoide.

• Función.

1. proporciona la información genética necesaria, 2. transmite la información genética contenida en el ADN.

Los cromosomas.

Son estructuras con forma de bastoncillo, cilíndrica que aparecen en la división del núcleo. Básicamente constituidos por ADN e histonas, cada una se forma por la condensación de una fibra de cromatina.

• Forma.

Formadas por dos fibras de ADN llamadas cromátidas, que permanecen unidas por el centrómero o constricción primaria. En él aparece una estructura proteica denominada cinetocoro que actúa como centro organizador de microtúbulos, en ella se implantan los microtúbulos del huso acromático cuando se ha de mover el cromosoma para su reparto (se produce un nucleolo y de ahí los ARNr).

Los cromosomas pueden teñirse mediante técnicas de bandeado cromosómico, que dan lugar a una serie de bandas de distinta intensidad, aparecen entonces regiones fuertemente teñidas (heterocromáticas) y otras más débiles (eucromáticas).

Según la posición del centrómero:

Metacéntrico: si está en la parte media.

Submetacéntrico: si los brazos cromosómicos son desiguales.

Acrocéntricos: si los brazos son muy desiguales.

Telocéntricos: si se sitúa en la región del telómero (secuencias altamente repetidas, por cada división celular, estos se acortan).

Se pueden distinguir dos tipos:

Metafásico: dos cromátidas unidas.

Anafásico: presentan una sola cromátida. Procede de una de las dos cromátidas de un cromosoma metafísico, cuando estas se separan en la anafase.

• Estructura.

Están constituidos por una fibra de ADN de 300 Å de diámetro replegada.

Para explicar las estructuras del cromosoma:

Primer nivel de empaquetamiento: estructura laxa, sin histonas.

Segundo nivel de empaquetamiento: solenoide: imprescindible la histona H1 y 6 nucleosomas por vuelta que se agrupan formando el eje de 300 Å (enrollamiento de las fibras de 100 Å de cromatina condensada sobre sí misma).

Niveles superiores de empaquetamiento: niveles de condensación desconocidos:

Tercer nivel de empaquetamiento: bucle: la fibra de 300 Å forma una serie de dominios estructurales en forma de bucle, se encuentran enrollados sobre sí mismos, formando prominencias de 600 Å.

Cuarto nivel de empaquetamiento: rodillo: disposición de treinta rosetas (roseta: estructura retorcida de seis bucles).

Quinto nivel de empaquetamiento: cromosoma: sucesión de rodillos.

• Función.

1. facilitar el reparto equitativo de la información genética contenida en el ADN de la célula madre entre sus dos células hijas.

Cromosomas gigantes: son cromosomas politénicos, es decir, surgidos mediante duplicaciones sucesivas de la fibra de ADN sin que se produzca la posterior separación de las copias y sin rotura de la envoltura nuclear. En ellos si se puede realizar la transcripción de los genes y, así, el ADN de los cromosomas se halla inactivo ya que, además, está fuertemente empaquetado.

• Diploidía y cromosomas sexuales.

Los organismos diploides son aquellos cuyas células son somáticas (no especializadas en la reproducción sexual), 2n. Poseen dos tipos diferentes de cromosomas, heredado de sus dos progenitores.

Los cromosomas homólogos son los que tienen información igual o diferente sobre los mismos caracteres.

Las células reproductoras sexuales (como los gametos) y las meiosporas son células haploides, es decir, con un solo ejemplar de cada tipo, n.

El conjunto de todos los cromosomas metafísicos de una célula, bien separados entre sí, son los cariotipos.

Los cromosomas que simbolizan el sexo se denominan heterocromosomas o cromosomas sexuales y se simbolizan con la letra x e y, el resto de los cromosomas sexuales de denominan autosomas (en las células humanas hay 46 cromosomas, 23 parejas, siendo 22 autosomas; así las mujeres presentan 23 tipos de cromosomas y los hombres 24 tipos).

El cromosoma y es muy pequeño por lo que a veces algunas especies carecen de él siendo la mujer xx (aunque no están los dos activos) y el hombre xo.

El corpúsculo de Barr es la estructura compacta situada en la periferia del núcleo interfásico por uno de los cromosomas x, lo que permite conocer la información genética sexual del individuo mediante la simple observación al microscopio de una de sus células, los hombres no presentan ningún corpúsculo.

TEMA 21. LOS MICROORGANISMOS.

Concepto y tipos de microorganismos.

Microbios o microorganismos: seres vivos de tamaño microscópico, tanto unicelulares como pluricelulares. Pueden ser procariotas (arqueobacterias y eubacterias, que pertenecen al reino moneras) o aucariotas (algas microscópicas y protozoos, que pertenecen al reino protoctistas y los hongos microscópicos como mohos y levaduras, que pertenecen al reino hongos). Los virus no son considerados seres vivos, puesto que carecen de toda función vital fuera de las células.

Los virus.

Partículas constituidas por un ácido nucleico envuelto en una cápsula proteica y, en ocasiones, una envoltura membranosa.

Fase extracelular: viriones: inertes, sin metabolismo propio.

Fase intracelular: se adhieren a la superficie de otras células introduciendo en ellas su genoma (ADN o ARN), en donde se reproduce y sintetiza la envolturas de nuevos virus usando la materia, energía y sistema enzimático de la célula.

Clasificación:

Según el huésped al que parasitan: virus o bacteriófagos, virus vegetales y virus animales.

Según la posesión de ADN o ARN, la forma de la cápsula proteica, la presencia o no de envoltura membranosa o incluso la posesión o no de algunas enzimas específicas como la transcriptasa inversa.

Estructura de los virus.

• Genoma vírico.

Una o varias moléculas de ADN o ARN, pero nunca dos, consta de una sola cadena.

• Cápsida.

Cubierta proteica, función de protección del ácido nucleico. Formada por proteínas globulares o capsómeros, existen varios tipos:

Cápsida icpsaédrica: estructura poliédrica, formado por la unión de capsómeros de dos tipos: los hexones (6 moléculas de proteína formando las caras y las aristas) y los pentones (5 protómeros en las aristas del icosaedro).

Cápsida helicoidal: capsómeros dispuestos helicoidalmente, formando una estructura tubular en cuyo interior se encuentra el ácido nucleico.

Cápsida compleja: en los bacteriófagos: cabeza de tipo icosaédrico que contiene el ácido nucleico, cola adaptada para inyectar el ácido nucleico en el interior de la bacteria, y placa basal en la base de la cola que posee espinas y a la que se unen fibras caudales. Pueden contener enzimas y ATP que destruyen la pared bacteriana para facilitar la penetración del genoma vírico.

Al conjunto de genoma vírico y cápsida se le denomina nucleocápsida.

• Envoltura membranosa.

Doble capa lipídica con glucoproteínas incluidas en ella, función de reconocimiento de la célula huésped y la inducción de la penetración del virión mediante fagocitosis.

Origen de los virus.

Hipótesis: formas simplificadas y no primitivas, muy posteriores al inicio de la vida.

Viroides y priones: agentes infecciosos muy simples que, como los virus, dependen para replicarse de la maquinaria metabólica de células vivas.

Los viroides están asociados a ciertas enfermedades de plantas, se componen de una pequeña molécula de ARN de forma circular y monocatenaria, que no está protegida por ningún tipo de cubierta. La enfermedad por éstos causa generalmente atrofia en el crecimiento de la planta que se suma a un desarrollo anormal de tallos y hojas (p.ej.: cadang-cadang).

Los priones son unicamente moléculas de proteína y su tamaño es 100 veces más pequeño que los virus más reducidos. A pesar de carecer de ácidos nucleicos, son capaces de autorreplicarse dentro de las células, postulándose la posibilidad de que activaran algún gen del ADN de la célula huésped para que codificara proteínas del prión. Tienen una forma espacial distinta a una proteína normal, son capaces de inducir que las proteínas normales de la célula adopten la forma del prión. Generalmente son proteínas de membrana de las neuronas, por lo que suelen provocar enfermedades neurovegetativas (p.ej.: mal de las vacas locas).

Ciclo de los virus.

No requieren energía, carecen de funciones de nutrición y de relación, pero presentan mecanismos que les permiten reproducirse dentro de las células huésped. El ciclo vital requiere una célula huésped para obtener material y energía para sintetizar nuevos ácidos nucleicos y capsómeros.

Fijación o adsorción.

Penetración.

Replicación del genoma vírico.

Síntesis de capsómeros.

Ensamblaje de nuevos virus.

Lisis o liberación.

• Ciclo del bacteriófago T4.

Genoma compuesto por una molécula de ADN bicatenario dentro de la cabeza, denominado ciclo lítico por la destrucción de la célula huésped.

Fase de fijación o adsorción: gran especifidad en el reconocimiento de los virus por sus células huésped, existen en la superficie de las células receptores para fijar a los viriones. Los bacteriófagos se fijan inicialmente a través de las puntas de las fibras caudales mediante enlaces químicos y al clavar las espinas basales en la pared bacteriana.

Fase de penetración: mediante enzimas lisozimas de su placa basal, se introduce al ADN.

Fase de eclipse: no se observan virus en el interior de la célula, sin embargo, hay mayor actividad metabólica debido a la penetración del virus. Se sintetizan los capsómeros, enzimas endonucleasas y enzimas endolisinas. El ADN vírco sufre procesos de replicación.

Fase de ensamblaje: los capsómeros se unen formando la cápsida, mientras que el ácido nucleico vírico de pliega y penetra en la misma.

Fase de lisis o liberación: los viriones salen al exterior debido a al enzima endolisina, que actúa induciendo la lisis (o rotura) de la bacteria. Los viriones hijos son ya capaces de infectar a otras células.

• Ciclo lisogénico.

Virus atenuados: virus que al infectar a la célula huésped no la destruyen, pero su genoma pasa a incorporarse a su ADN en estado latente, hasta que un estímulo induzca la separación del profago que iniciará un ciclo lítico típico. Se hereda junto con el ADN celular.

Las eubacterias.

Organismos procariotas muy antiguos que presentan una gran variabilidad de metabolismos y poseen cuatro tipos morfológicos: bacilos, en forma de bastón que suelen presentar cadenas lineales ya que su división tiene lugar en una sola dirección; cocos, en forma esfércia que según las posibles direcciones presentan distintas agrupaciones denominadas estreptococos si forman cadenas o estafilococos si forman racimos o sarcinas si forman asociaciones tridimensionales regulares; espirilos, en forma de bastón espirilado y vibrios, en forma de coma ortográfica.

Estructura bacteriana.

• Cápsula bacteriana.

Sin estructura definida, grosor que oscila entre 100 y 400
y que aparece en casi todos los grupos bacterianos patógenos.

Es rica en glúcidos, ácido urónico, ácido glucurónico, acetilglucosamina y glucoproteínas.

Funciones: regulación de los procesos de intercambio de agua, iones y sustancias nutritivas, mecanismo de resistencia ante la desecación del medio, permitir la adherencia entre la bacteria y los tejidos del huésped, dificultar el reconocimiento y la destrucción de la bacteria por los anticuerpos, permite la formación de colonias de bacterias.

• Pared bacteriana.

Envoltura rígida y fuerte, grosor que oscila entre los 50 y 100
.

En función a su estructura se diferencian las bacterias:

Gram positivas (capa gruesa de peptidoglucanos -mureína- a la que se asocian proteínas, polisacáridos y ácidos teicoicos).

Gram negativas (capa basal fina de peptidoglucanos sobre la cual hay una membrana externa constituida por una doble capa lipídica que contiene una gran número de proteínas, la mayoría con actividad enzimática, y lipopolisacáridos que se proyectan hacia el exterior).

En ambos se presenta una capa de mureína, que es un peptidoglucano formado por una red cuya base es N-acetilglucosamina (NAG) y N-acetilmurámico (NAM:cadena de cuatro aminoácidos) en la que ambos están unidos por enlaces cruzados que se establecen en las cadenas de aminoácidos.

Funciones: mantener la forma de la bacteria frente a las variaciones de presión osmótica, regular el paso de iones, resistir a la acción de antibióticos ya que éstos actúan sobre las enzimas que regulan la formación de la pared.

• Membrana plasmática.

En la membrana bacteriana no hay esteroides, existen unos repliegues internos que reciben el nombre de mesosomas.

Funciones: limitan la bacteria y regulan el paso de sustancias nutritivas, los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática, sujetar el cromosoma bacteriano de gran importancia en la fisiología bacteriana puesto que hay gran cantidad de enzimas que son utilizadas para: dirigir la duplicación del ADN bacteriano, realizar la respiración, la fotosíntesis en bacterias fotosintéticas, asimilar NO-3 o NO-2 y asimilar N2.

• Ribosomas.

Partículas globulares formadas por subunidades diferenciadas por su velocidad de sedimentación, siendo la de 50s la mayor, la de 30s menor y la de 70s del ribosoma. Actúan realizando la síntesis de proteínas mediante un mecanismo idéntico al de las células eucariotas, pero siempre están libres en el citoplasma.

• Inclusiones.

Gránulos de reserva de sustancias que la bacteria sintetiza o bien de su metabolismo. Las sustancias que forman gránulos son polisacáridos (almidón, glucógeno), lípidos (triacilglicéridos, céridos) y volutita (polifosfatos y azufre). Sirven como sustancia de reserva nutritiva.

• Vesículas gaseosas.

Estructuras huecas de cuerpo cilíndrico y extremos cónicos, que contienen gas. Constituidas por moléculas proteicas, formando una membrana rígida impermeable al agua y a los solutos, pero que permite pasar los gases y la flotabilidad de las bacterias.

• ADN bacteriano.

Molécula circular de tipo bicatenario unida a mesosomas generalmente. En células bacterianas puede haber también una o varias moléculas pequeñas de ADN denominadas plásmidos. La región del citoplasma bacteriano en el que se encuentran condensado el ADN es el nucleoide. El ADN bacteriano es una doble hélice circular con superenrollamientos, asociado a proteínas similares a las histonas.

Función: conservar y mantener a información genética y dirigir en funcionamiento de todo metabolismo bacteriano.

• Flagelos.

Pueden ser: monótricas, lofótricas, amfítricas y perítricas. En ellos ser distinguen dos partes: la zona basal ( constituida por el cuerpo basal -bastón central y cuatro estructura discoidales. Los discos internos asociados a la membrana plas mática giran transmitiendo su movimiento al resto del flagelo mientras que los otros discos están fijos y se encuentran incrustados en la pared, uno en la capa de mureína y el más externo en la membrana externa en las Gram negativas- y el codo -constituido por moléculas de la proteína llamada flagelina-, ambos formados por proteínas) y el tallo (ondulado pero rígido). Los flagelos permiten la locomoción de las bacterias.

• Pelos y fimbrias.

Estructuras huecas y tubulares constituidas por moléculas proteicas que aparecen en la superficie externa de algunas bacterias Gram negativas con un grosor entre 40 y 80
. Las fimbrias son cortas y muy numerosas, los pelos son largos y tan sólo se presentan uno o dos por bacteria y ambos carecen de misión locomotora.

Fisiología bacteriana.

• Funciones de nutrición.

Pueden realizar todos los tipos de metabolismo existentes, dependiendo de la abundancia nutritiva del medio. Las bacterias pueden ser fotoautótrofas, fotoheterótrofas, quimioautótrofas y quimioheterótrofas.

• Funciones de relación.

Muchas bacterias disponen de movilidad, respuestas frente a estímulos luminosos (fototactismo) y a estímulos químicos (quimiotactismo). Como respuesta está la formación de esporas o formas de resistencia. Estas bacterias frente a condiciones adversas del medio, entran en períodos de metabolismo reducido y protegen su ADN formando alrededor de él una compleja cubierta y dando lugar a una endospora (se forma dentro de la bacteria intacta). *Taxias: respuestas de alejamiento (-) o acercamiento (+) del estímulo.

• Funciones de reproducción.

Asexual, bipartición a la que precede una duplicación del ADN. La reproducción está ligada a la actividad de los mesosomas, que dirigen la duplicación del ADN y la creación de la membrana de separación entre las dos nuevas bacterias genéticamente idénticas. Las colonias bacterianas son clones. Poseen además mecanismos parasexuales mediante el cual intercambian información genética con otras bacterias. *Pilis: pelos sexuales.

Conjugación: proceso en el que una bacteria transmite ADN a través de los pelos a otra receptora, existiendo las bacterias donadoras (F+ y las Hfr, high frequency of recombination) y las receptoras (F-).

F+ poseen los plásmidos (pequeñas moléculas de ADN) transmitidos durante la conjugación denominándose factores F o episomas. Poseen el episoma libre en el hialoplasma.

Hfr tienen el episoma incorporado a su ADN, nunca como plásmido.

Así, una bacteria F+ puede pasar a Hfr incorporando el episoma al ADN bacteriano.

Las bacterias Hfr, antes de la conjunción, duplican su ADN, incluido el factor F; generalmente solo pasa un fragmento de ADN que se recombina con el ADN de la bacteria receptora. Cuando la bacteria donante es F+, suele transferirse el factor F únicamente, que no se recombina con la bacteria receptora, quedando convertida ésta en F+.

Transducción: intercambio genético que requiere un agente transmisor (gralm. un virus) el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitaza.

Transformación: la bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.

Estos mecanismos de intercambio genético explican la variabilidad de las bacterias al habitar junto a otras distintas, un ejemplo es la resistencia a antibióticos.

Tipos de eubacterias.

• Bacterias purpúras y verdes.

Poseen un pigmento llamado bacterioclorofila y un solo fotosistema. Las bacterias púrpureas deben su color a la bacterioclorofila, verde con carotenoides, rojizo o naranja. El fotosistema está asociado a sistemas membranosos conectados a la membrana plasmática. Las bacterias verdes tienen su fotosistema en los clorosomas, sistemas membranosos de forma cilíndrica y tb unidos a la membrana plasmática. Ambas se denominan sulfurosas si usan como fuente de hidrógenos el H2S y no sulfurosas si usan moléculas orgánicas.

• Cianobacterias.

Presencia de un pigmento azul denominado ficocianina, pueden presentarse como células aisladas o formar colonias. Cada célula presenta una pared celular similar a la de las bacterias Gram negativas. El citoplasma aparece dividido en dos zonas: centroplasma o lugar donde está el ADN y cromoplasma o lugar de los pigmentos fotosintéticos, además posee ribosomas, gránulos de volutita, vacuolas de gas en especies marinas y carboxisomas que contienen enzimas que fijan el CO2. La nutrición se basa en la actividad fotosintética que se produce en los sáculos (posibles precursores de cloroplastos) usando el agua como dador de hidrógenos y desprendiendo oxígenos. Su reproducción es sencilla, mediante división por bipartición a través de la aparición de septos transversales.

• Proclorófitas.

La posesión de membranas internas tipo tilacoides hace que se parezcan a los cloroplastos, viven como endosimbiontes en el interior del grupo de las ascidias.

• Bacterias nitrificantes.

Hay dos tipos: las bacterias oxidantes del amonio (NH4+) que transforman el amonio en nitrito (NO2-) y las bacterias oxidantes de nitritos que oxidan nitritos a nitratos (NO3-).

• Bacterias fijadoras de nitrógeno.

Capaces de fijar el nitrógeno de la atmósfera.

• Espiroquetas.

Presentas fibrillas internas que al rotar proporcionan un movimiento de flexión a la bacteria. Frecuentes en medios acuáticos, otras originan enfermedades en animales y humanos. Tiñen como las bacterias Gram negativas sin serlo y algunas son patógenas.

• Bacterias del ácido láctico.

Anaerobias tolerantes al oxígeno (altamente tóxico), Gram positivas y fermentativas.

• Micoplasmas.

Sin pared bacteriana pero cuya membrana plasmática contiene esteroles (diferentes a las bacterias que no tienen esteroles), puede tener forma de diminutos cocos o formar filamentos parecidos a los de los hongos, al mayoría son patógenos.

Las arqueobacterias.

Procariotas que poseen una membrana plasmática cuyos lípidos carecen de ácidos grasos y en vez de ellos tienen hidrocarburos que se unen a la glicerina mediante enlaces éter (-C-O-C-) en vez de enleces éster (-CO-O-C-). Los lípidos de la membrana pueden ser apolares y polares (éstos dirigidos hacia fuera).

Las paredes celulares carecen de peptidoglucanos y de D-aa, en cambio poseen seudopeptidoglucanos (N-acetilglucosamina y N-acetilaminomurónico unidosmediante enlaces 1-3 + L-aa).

Otro género son los termoplastos sin pared…, enlace 1-4…, pared polisaqcárida unida mediante enlces de…

Hábitat de las arqueobacterias: halofílicas en aguas hipersalinas, termofílicas en aguas termales (anaerobios estrictos) o hábitats volcánicos, metanógenas en condiciones de anaerobisis y usan el S en la cadena de electrones como aceptor final.

Los microorganismos eucariotas.

Las algas microscópicas.

Efectúan la fotosíntesis. Forman un grupo muy heterogéneo pues se encuentran especies unicelulares, pluricelulares microscópicas o macroscópicas, e incluso especies de gran talla. Viven preferentemente en hábitats acuáticos como el filoplacton (marino). Contienen cloroplastos donde se encuentran los pigmentos fotosintéticos, entre los que hay varios tipos de clorofilas, xantofilas y carotenoides. Se pueden reproducir asexualmente mediante bipartición, mediante esporas o por fragmentación. Hay individuos que forman esporas (esporofitos, generalmente diploides) y otros que forman gametos (gametofitos, generalmente haploides).

Los protozoos (protoctistas).

Organismos unicelulares eucariotas heterótrofos que carecen de pared celular y con capacidad de desplazamiento. Viven en ambientes acuáticos o húmedos y, generalmente, de vida libre, aunque los esporozoos y otras especies son parásitos. Se mueven mediante:

Pseudópodos: prolongaciones en el cuerpo de la célula para la locomoción y la captura de presas, se presentan sólo en sarcodinos.

Cilios y flagelos: idéntica estructura interna formada por nueve microtúbulos en círculo y en el centro otro par de microtúbulos. Los cilios: de los cilióforos, por toda la célula o solo alrededor del citosol, estructura que más bien mueve el medio para captar alimentos. Los flagelos: de los mastigóforos.

Se alimentan de algas, bacterias y otros protozoos o materia orgánica del medio. La reproducción asexual es:

División binaria: proceso casi idéntico al de la mitosis de los metazoos.

Esporulación: los esporozoos, por lo cual permite parasitar a células. En los cilióforos se lleva a cabo un fenómeno de sexualidad llamado conjugación.

Los hongos microscópicos.

Eucariotas unicelulares o pluricelulares que no pueden realizar la fotosíntesis, por tanto de nutrición heterótrofa mediante la absorción de alimento orgánico muerto (nutrición saprofítica) previamente digerido en el exterior de las células gracias a la secreción de potentes enzimas.

Los hongos pluricelulares forman esporas que al desprenderse y germinar producen filamentos denominados hifas. El conjunto de ellas de denomina micelio. Mediante la reproducción sexual con la fusión de gametangios: oosporas y zigosporas, o bien dentro de esporangios: ascas y basidios.

Los principales hongos microscópicos son:

Mohos: hongos filamentosos constituidos por hifas. Las esporas se forman sin que haya reproducción sexual previa, denominándose conidios a los esporangios y conidiosporas a las esporas formadas en él.

Levaduras: hongos unicelulares que se reproducen asexualmente por gemación, no forman micelios. Desarrollan procesos fermentativos, como la Saccaromyces, para formación del alcohol o del pan.

TEMA 22. MICROORGANISMOS: ENFERMEDADES Y BIOTECNOLOGÍA.

Microorganismos patógenos.

Flora normal: microorganismos inocuos para los demás seres vivos, de los cuales, muchos se han adaptado a condiciones especiales de los tejidos animales.

Patógenos: producen enfermedades infecciosas, nocivos, deben penetrar en el ser vivo, que al estar bien recubierto lo hacen mediante las heridas o conductos naturales.

Oportunistas: no son nocivos hasta que disminuyen los sistemas defensivos del animal.

Conceptos de enfermedades infecciosas.

Epidemia: al mismo tiempo muchos individuos padecen la misma enfermedad en una determinada área.

Pandemia: enfermedad infecciosa que afecta a una amplia zona de la tierra.

Endémica: afecta de manera constante a una determinada comunidad pero no en mucha población.

Zoonosis: afecta primero a diversos animales y después a la especie humana por el contacto.

Reservorio: lugares donde los microorganismos patógenos pueden sobrevivir fuera de los huéspedes y desde donde pueden iniciar la infección (inanimados o seres vivos).

Vectores de la enfermedad: seres vivos imprescindibles para transmitir el organismo patógeno hasta el hospedador definitivo.

Portadores: individuos que no muestran la enfermedad pero llevan en su interior al organismo patógeno, potenciales transmisores. El microbio puede estar en incubación o seguir allí pese a haber superado la enfermedad.

Cuarentena: aislamiento o limitación de las personas infectadas, o animales.

La infección microbiana.

Microbio.

Se adhiere alas células del huésped. Requiere la especificidad del huésped y de los tejidos. Intervienen macromoléculas de la superficie del microbio o bien las fimbrias (en bacterias).

Penetran, algunos ya han producido efectos nocivos. Rotura de pequeños epitelios.

Foco de infección cerca del lugar de entrada, donde éste se localiza y se reproduce.

Acceso a las vías y ganglios linfáticos. Se pone en marcha la defensa celular inmunológica. Si alcanzan los vasos sanguíneos se extienden y se reproducen en tejidos específicos o producen una infección generalizada o sistemática.

Factores de virulencia.

Virulencia: grado en el que el microorganismo patógeno produce la enfermedad.

Factor de virulencia: mecanismo por el que los microorganismos son patógenos, no se conocen muchos casos; en otros si, como en:

Toxinas: sustancias producidas por microorganismos (bacterias principalmente) que tienen un efecto tóxico o venenoso en los tejidos. Hay dos tipos:

Exotoxinas: liberadas al medio que le circunda. Son proteínas de gran especifidad, como las neurotoxinas que atacan al sistema nervioso o las enterotoxinas que atacan a células epiteliales digestivas, algunos efectos tóxicos se dan incluso en ausencia del microorganismo (en alimentos p.ej.) y, al ser proteicos, inducen en el cuerpo del microorganismo la síntesis de antitoxinas o anticuerpos; no son tóxicos al calentarlos y con sustancias tóxicas denominadas toxoides.

Endotoxinas: no son liberadas, producen su efecto formando parte del microorganismo- Son moléculas estructurales de la membrana externa de la pared celular bacteriana de Gram negativas, son lipopolisacáridos con actividad tóxica, tanto al formar parte de la pared celular como al liberarse al medio al desintegrarse la bacteria.

Enzimas extracelulares: producidas por microorganismos:

Staphylococcus aureus y Streptococcus pyogenes: producen hialuronidasas, hidrolizan el ácido hialurónico, por lo que así disminuye la cohesión entre las células y penetran el tejido.

Clostridium perfringesis: producen lecitina, hidrolizan los lípidos de membrana de los huéspedes. También producen colagenosa que destruye las fibras de colágeno de muchos tejidos (conjuntivo, cartilaginoso u óseo)

Staphylococcus: produce coagulosa, el fibrinógeno del plasma sanguíneo se transforma en fibrina que forma unas fibras que rodean a las bacterias, con lo que las protegen de macrófagos sanguíneos.

Fimbrinas de adherencia bacteriana.

Moléculas de hemoaglutininas de la cubierta de muchas bacterias.

Flagelos bacterianos.

Plásmidos con genes de virulencia.

Enfermedades infecciosas.

Los microorganismos que enferman a los seres vivos son los virus, las bacterias, los hongos y los protozoos.

Transmitidas por contacto directo a través de heridas en la piel.

Necesitan roturas de la piel para invadir el cuerpo. Cualquier herida por pequeña que sea.

Transmitidas a través del aire.

Dentro de microgotas de humedad (aerosoles) o partículas de polvo. Pueden proceder de la persona enferma que la expele (tos…) o del ambiente contaminado. La transmisión por el aire afecta sobretodo a las vías respiratorias, que son las que son más frecuencia originan los microbios patógenos.

Transmitidas por vía sexual.

ETS: enfermedad de transmisión sexual o enfermedades venéreas, extendidas en todo el mundo. A través de las relaciones sexuales, aunque algunas por jeringuillas, transfusiones de sangre contaminada o en el nacimiento por madres infectadas. Son fácilmente curables excepto algunas víricas como el SIDA. Por ello se requiere prevención en las relaciones.

Transmitidas por el agua y alimentos.

Debido a la proliferación de los microorganismos en el animal que las ingiere o por las toxinas en ellos, sin necesidad de un microorganismo patógeno. Afectan principalmente al tracto digestivo, otras afectan al sistema nervioso, músculos o corazón.

Transmitidas por animales.

Artrópodos, garrapatas y otros ácaros (piojos, mosquitos, pulgas y moscas) llamados animales vectores porque son los que transmiten a seres vivos o alimentos. Se clasifican en vectores mecánicos, porque solo transportan microbios en ciertas zonas, como las patas o los apéndices bucales, transportan los microbios o vectores biológicos, porque en el desarrollo de su ciclo vital además de ser transportados captan microbios de otros animales denominado reservorio de los microbios, como en el ciclo del Plasmodium o la malaria. Algunos producen pandemias.

Quimioterapia.

Determinadas sustancias químicas, denominadas agentes patógenos, tratan enfermedades de organismos patógenos. Éstos agentes poseen una toxicidad selectiva para no dañar al huésped, como: Antibióticos: producidos por otros microorganismos. Son las sustancias químicas producidas en el metabolismo de otras bacterias del grupo de los actinomicetales y ciertos hongos filamentosos. La función de los antibióticos de composición hidrocarbonada, péptidos (o aa), quinones… Contra las bacterias y hongos patógenos. Tienen un mecanismo de acción variado: inhibición de la síntesis de paredes celulares de bacterias patógenas y destrucción de fosfolípidos de la membrana celular, e incluso la inhibición de la síntesis de ADN y ARN y proteínas de bacterias patógenas. Los antibióticos de amplio espectro actúan sobre una gran variedad de microorganismos. Algunas bacterias las inactivan o no son permeables al antibiótico, como las cepas de bacterias mutantes.

Origen sintético: producidos en el laboratorio. Son sulfanomidas o sulfamidas, es decir, un conjunto de sustancias que interviene en alguna reacción importante en los microbios patógenos e inhiben su crecimiento.

Biotecnología microbiana.

Procesos industriales que usan microorganismos como base para la obtención de sus productos. Emplea microorganismos para la transformación de moléculas en otros de mayor utilidad. Los microorganismos proceden de la naturaleza pero se seleccionan según sus capacidades. Deben crecer rápido, resistir al cultivo a gran escala y producir sustancias útiles.

Microorganismos y procesos de fermentación.

Algunos microorganismos patógenos son capaces de transformar sustratos en productos de importancia para el ser humano mediante ciertas reacciones metabólicas denominadas fermentaciones: las moléculas orgánicas son degradadas incompletamente sin intervención de una cadena respiratoria y sin gasto de oxígeno u otro sustrato oxidante, dando lugar a moléculas orgánicas más simples.

Algunos son aerobios ya que intervienen en la cadena respiratoria, son respiraciones aerobias con oxidación completa del sustrato, no fermentadoras.

Fermentadores: producen fermentaciones a escala industrial. Depósitos de diferentes tamaños con un líquido que es el medio de cultivo, éste y los microorganismos industriales se mezclan con un sistema de palas interiores, que es el impulsor. Debe disponer de conductos para añadir el medio de cultivo y los microbios, válvulas para la salida de gases indeseables y grifería para extraer el producto. Libera calor, pues es una degradación orgánica, y alrededor de los fermentadores suele haber una cubierta externa de enfriamiento.

Etanol: sustancia más importante obtenida en los fermentadores industriales, disolvente orgánico usado comúnmente y sustancia propia de las bebidas alcohólicas, las levaduras obtienen etanol degradando incompletamente moléculas de glucosa mediante la fermentación alcohólica. Bebidas alcohólicas como el vino, del azúcar de la uva fermentada; la cerveza, de los granos de las semillas fermentadas de la cebada, como la malta; las bebidas destiladas, fermentadas en caliente y concentración del etanol, producido por destilación, produce una bebida con mayor grado de alcohol.

Ácido láctico: sus usos son la producción de sales de ácido láctico (lactosa) para el tratamiento de anemias y defensa de calcio o el lactato de sodio como sustancia plastificante. Es producido por bacterias como la Lactobacillus bulgarius que degradan la lactosa para su fermentación. El medio de cultivo es un líquido, más concretamente el suero de la leche, que es una solución acuosa compuesta de lactosa, sales y vitaminas. Su producción se da en niveles: fermentación en el tanque grande; hervir el contenido para coagular las proteínas producidas y separar el ácido láctico o lactato sódico y; purificar el lactato sódico.

Vinagre o ácido acético: obtenido mediante biotecnología microbiana también, mediante bacterias anaerobias, como la Aletobacter y Gluconobacter o bacteria del ácido acético, que degradan el etanol incompletamente hasta el ácido acético. Requiere oxígeno, por lo que es diferente a la fermentación. El sustrato es el vino, la sidra o una disolución de alcohol etílico. El fermentador se llama Frings: un recipiente de madera relleno, en parte, de virutas de madera o serrín vinculadas con las bacterias del ácido acético. Sobre las virutas va goteando constantemente el medio de cultivo y existe una corriente de aire constante que atraviesa las virutas. El ácido producido, el acético, se va acumulando al fondo del fermentador.

Producción de antibióticos.

Productos de síntesis, no de catabolismo. Producidos por microorganismos como el Penicillium (hongos) y Bacillus y Streptomyles (bacterias) seleccionados al azar de la naturaleza.

Causas de la elevada producción de antibióticos.

Existen especies microbianas con mayor capacidad de producción.

Mejoran los medios de cultivo y la técnica sumergidos en los fermentadores industriales que necesitan microbios de grandes volúmenes.

Selección de cepas mutantes de los microbios productores, obtenidos de modo artificial con rayos x y ultravioleta.

Mejora el método de extracción del antibiótico de la mezcla de cultivo.

Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas.

Vitaminas de alimentos y fármacos: se producen en el laboratorio, de complicada síntesis, producción industrial y fermentación microbiana como la vitamina B12 producida industrialmente por las bacterias Pseudomonas y Propionitacterium o la riboflavina producida por bacterias y hongos como el Ashya.

Aminoácidos: sintetizados por microorganismos a partir de precursores nitrogenados inorgánicos como el sulfato amónico que sintetiza más cantidad de la que necesita el microbio, y ese excedente lo manda al exterior. Los aminoácidos en la industria alimentaria se usan para potenciar el sabor, como los edulcorantes artificiales, los aditivos alimentarios o los antioxidantes. Aminoácidos como: lys, met, gly, ac. gluc y ala.

Enzimas: producidas por hongos y bacterias en mayor cantidad de la que usan, por lo que el excedente es expulsado al exterior que actúan en el medio circundante como enzimas extracelulares. Éstas son usadas en biotecnología microbiana para obtener industrialmente enzimas en un proceso aerobio que usa medios de cultivo similares a los antibióticos. La producción de enzimas proteasas (amilasa, glucosa oxidasa, pectinasa y serina) tienen usos en panaderías, farmacias, lavandería e industria textil.

Microorganismos y control de plagas de insectos.

Los microorganismos como los bioinsecticidas, controlan el crecimiento de algunas especies.

Los microorganismos entomopatógenos infectan a los insectos (adulto o larva) y les matan o segregan sustancias similares a proteínas, que es un veneno para los insectos cuando los ingieren.

La ventaja es que sus toxinas no tienen efectos tóxicos ni en el medio ambiente ni en los seres vivos.

Microorganismos e industria alimentaria.

Los microorganismos no patógenos contaminan los alimentos comunes. Organismos internacionales como la FAO llevan un control microbiológico de los alimentos: observan los microbios de los alimentos con el microscopio óptico y elaboran preparados microscópicos, determinan a que grupo pertenecen, al tipo metabólico que pertenecen, su abundancia en los alimentos y determinan la especie. Declaran si son o no aptos para el consumo.

Para perseverar los alimentos antes de su consumo se realizan diversas prácticas según el alimento que sea: manipulado aséptico, tratamiento con calor o bajas temperaturas, añadido de aditivos químicos, rayos ultravioleta o radiación ionizante. Se usa en microorganismos cuya actividad espera obtener alimentos aptos para el consumo, son importantes los fermentadores de los diferentes alimentos.

La fermentación microbiana conserva y da sabor y un aroma característico a los alimentos, se realiza a partir de los microorganismos de los alimentos o de los que son añadidos al sustrato alimentario. Los alimentos frecuentemente fermentados son, por ejemplo, los derivados lácteos mediante la fermentación láctica.

Microorganismos y la ingeniería genética.

Los avances en la ingeniería genética son manipulados de los genes de unas a otras células, por ello son importantes los microorganismos fáciles de cultivar y de reproducción rápida como los organismos productores de moléculas de importancia en medicina o en el metabolismo humano, por ejemplo, las hormonas proteicas, las proteínas no hormonales, vacunas y moléculas de acción inmunológica (interferón e interleucinas).

La ingeniería microbiana se basa en introducir el gen encargado de controlar la producción de la molécula que se pretende conseguir y que procede de moléculas de ADN dominante en alguno de sus plásmidos. Son añadidos en un medio de cultivo con bacterias, los plásmidos se incorporan a su material genético y se produce la transformación. Las bacterias más los nuevos plásmidos se reproducen, clonan el gen recibido y adquieren la capacidad de producir la molécula útil que ha sido recuperada en el medio de cultivo.

Dicho proceso es más complejo:

Aislar los plásmidos que se quieren modificar genéticamente. Romper las cubiertas bacterianas mediante métodos químicos o físicos.

Centrifugar mediante un gradiente de densidad de una solución de éstos componentes citoplasmáticos y se separan las fracciones que contienen los plásmidos.

El ADN donante y las moléculas de los plásmidos con enzimas endonucleasas de restricción específicas producen roturas similares en ambas moléculas desprendiéndose el gen que se quiere clonar (del ADN).

Los trozos del ADN donante que contiene el gen unen a plásmidos rotos transformándolos en nuevos plásmidos (plásmidos recombinantes) que llevan en gen del ADN.

La incorporación de los plásmidos recombinantes por transformación en las bacterias es mediante un tratamiento secuencial de frío y calor en una solución de cloruro de calcio (CaCl2) que altera la permeabilidad bacteriana y facilita la entrada de plásmidos.

Puede tener varios problemas como: la incorrecta unión del gen en el plásmido, la inestabilidad del plásmido dentro de la bacteria, la acción de las endonucleasas que cortan las bacterias en trozos pequeños y fragmentan el gen o la dificultad de recuperar y purificar el producto obtenido por la manifestación del gen en las bacterias transformadoras.

El futuro de la ingeniería no tiene límites: evolución adecuada del medio ambiente, producción de nuevos alimentos y aspectos de la especie humana, animal y plantas.

Microorganismos y la depuración de las aguas residuales.

Las aguas de uso doméstico o industrial tiene sustancias tóxicas. Las depuradoras residuales son un tratamiento secundario que elimina las sustancias orgánicas indeseables mediante el uso de diferentes microorganismos.

Los microorganismos se oxidan con las reacciones de digestión y fermentación de la materia orgánica del agua de desecho a moléculas más simples (como CO2 y CH4).

El tratamiento secundario es anaerobio en tanques cerrados o aeróbicamente en tanques abiertos (aumenta la biodegradación de las moléculas orgánicas).

La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en medio acuático sirve para medir la materia orgánica y loa capacidad de consumir O2 una masa de agua: el aumento de la materia orgánica, aumentan los microorganismos que pueden oxidarla y el oxígeno también, disminuye la DBO.

Las aguas residuales de las depuradoras (menos sedimentos y materia orgánica, no microorganismos patógenos) son vertidas al medio (tiene mínima incidencia en el medio ambiente).

El control de los microorganismos.

Desde hace cientos de años se han usado métodos de control de microorganismos incluso antes de saber de su existencia.

Los agentes microbianos son sustancias que actúan sobre los microorganismos. Si actúan específicamente pueden ser antivíricos, antibacterianos, antifúngicos o antiprotozoicos.

Las categorías de los agentes son los microbícidos que matan a los microbios y los microbiostáticos que solo inhiben su crecimiento. Si actúan específicamente son bactericidas, fungicidas, etc.

La esterilización es la destrucción de todos los microorganismos que hay en cualquier sustrato, sea biológico o no.

Los agentes actúan a varios niveles: desde la rotura o destrucción de las membranas microbianas hasta la alteración de las propiedades físicas del citoplasma microbiano o la inactivación de enzimas.

Hay dos categorías:

Agentes antimicrobianos físicos.

Se produce la esterilización con:

Altas temperaturas: mueren las bacterias.

Calor húmedo: método autoclave para la desnaturalización y coagulación de las proteínas de los microorganismos a temperaturas no muy elevadas y tiempo de exposición menor que el siguiente.

Calor seco: oxidación de los componentes celulares de microorganismos a temperaturas elevadas y mayor tiempo de exposición que el calor húmedo. Hay otros como la pasteurización, el agua en ebullición y la incineración.

Todos los microorganismos tienen resistencia a las altas temperaturas, los menos resistentes son los protozoos y hongos y los más resistentes son las endosporas bacterianas.

Bajas temperaturas: por debajo del punto de congelación, inhiben el crecimiento microbiano, es bacteriostático, no mata a los microorganismos.

Radiaciones: pueden ser ionizantes (rayos x y gamma, haces de electrones de elevada energía), que ionizan moléculas orgánicas como proteínas y modificando su composición química, son microbicidas y atraviesan materiales, esterilizan alimentos y equipos médicos.; o no ionizantes, absorbida por algunos componentes celulares (moléculas de ADN, producen mutaciones o inhiben o alteran su duplicación).

Los rayos gamma no penetran a través de materiales, por lo que son usados para esterilizar el aire o las superficies de objetos hospitalarios.

La filtración de fluidos o gases elimina los microorganismos de un fluido o gas.

Los filtros son medios microporosos que dejan pasar el líquido o gas, pero retienen los microorganismos, los mas usados son los filtros de membrana.

Agentes antimicrobianos químicos.

Sustancias químicas usadas para eliminar los microbios de sustratos biológicos o de objetos inanimados. Acción variada que puede ser amplia o específica.

Esterilizantes: matan todas las formas microbianas de la superficie (como formaldehído y glutaraldehído).

Desinfectantes: matan los microorganismos que producen enfermedades infecciosas pero no a las esporas microbianas (sulfato de cobre y compuestos fenólicos).

Antisépticos: matar o impedir el crecimiento de los microbios presentes en las heridas de la piel de los animales (alcohol, solución de yodo, agua oxigenada y detergentes).

Cada uno de estos actúa específicamente y su modo de acción es variada.

Microorganismos y ciclos biogeoquímicos.

Ciclos biogeoquímicos: material terrestre que pasa de formar parte del material inorgánico inerte a formar parte del material constituido de seres vivos y éstos, posteriormente, a material inorgánico de nuevo…

El material terrestre no sufre cambios (ni al exterior ni del interior), la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma mediante fenómenos fisicoquímicos.

Dentro de las funciones vitales de los microorganismos se encuentran la descomposición (de materia orgánica compleja muerta a materia orgánica sencilla) y la transformación de la materia inorgánica (mineralización: permite incorporar materia inerte a la biosfera impidiendo que se agote y pone a disposición de los organismos vegetales materia inorgánica utilizable).

Ciclos principales.

Carbono: átomo más abundante que constituye la mayoría de los esqueletos de las biomoléculas simples. Los microorganismos fotótrofos (bacterias y algas microscópicas) captan el CO2 atmosférico y fijan el carbono a moléculas orgánicas (CH2O) en presencia de luz, pero al respirar degradan la materia orgánica y desprenden CO2 a la atmósfera [CO2 + H2O !OOo CH2O + O2].

Las bacterias descomponedoras descomponen la materia orgánica mediante la fermentación butírica (restos vegetales) y pútrida (materia orgánica de tipo proteico o aminoácido).

Hongos de putrefacción de la madera descomponen restos vegetales al usar celulosa y lignina como fuente de carbono y energía.

Se produce (además de sustancias orgánicas malolientes) CO2 y CH4 (metano), producidos solo para solapar metanógenos o arqueobacterias anaeróbicas. Estos viven en ambientes anaerobios, algunos de han acostumbrado a vivir como endosimbiontes dentro de protozoos o en el interior de tubos digestivos de animales. Otras oxidan el CH4 a CO2.

Al formarse dióxido de carbono de incorpora a los gases de la atmósfera y se cierra el ciclo.

Azufre: átomos que se encuentran en numerosas rocas y sedimentos en forma de mineral sulfato o de sulfuro. Bioelemento primario (composición de algunas moléculas orgánicas). Se encuentran las bacterias oxidantes que producen sulfatos y obtienen de ellos energía para sus procesos vitales; las bacterias reductoras, en reacciones anaeróbicas (lo inverso a los anteriores) utilizando los sulfatos como moléculas aceptoras de electrones y transforman los sulfuros, en medios acuáticos; y los sulfatos del medio, usados por muchos seres vivos y al ser reducidos a sulfuro de hidrógeno (H2S) el azufre puede ser incorporado a moléculas orgánicas como aa.

Hierro: en forma de compuesto ferroso o férrico. En los seres vivos forma parte de algunas moléculas orgánicas como la hemoglobina de la sangre y los citocromos de la cadena respiratoria. Se encuentran las bacterias reductoras, que son anaerobias, del estado férrico al ferroso que es más soluble por lo que contribuye a “movillizar” el hierro a disposición de otros seres vivos. La oxidación bacteriana se da en zonas contaminadas con vertidos ácidos y transforma el hierro al estado férrico oxidando compuestos en estado ferroso y obteniendo energía para su metabolismo.

Nitrógeno: imprescindible para formar aa y nucleótidos. También en forma de nitratos y gaseoso. Se encuentran las bacterias descomponedoras, que actúan en las fermentaciones pútridas degradando sus compuestos orgánicos nitrogenados, los seres vivos excretan sustancias de deshecho con nitrógeno como urea y ácido úrico transformándolo en amoniaco que enriquece los suelos, la amonificación; las bacterias nitrificantes que desarrollan el proceso de nitrificación ya que oxidan el amoniaco aeróbicamente, primero transforman el amoniaco en nitrito (nitrosación) y segundo, transforman el nitrito en nitrato (nitratación) absorbidos para incorporarlos a moléculas orgánicos; y las bacterias anaerobias, proceso contrario a la nitrificación (desnitrificación). Aunque el 79% sea N2, solo algunas bacterias y cianobacterias son capaces de aprovecharlos. El nitrógeno se transforma a moléculas de NH3 (fijación del nitrógeno), gracias a las bacterias, por ello llamadas, fijadoras del nitrógeno.

Hidrocarburos: usados por bacterias, levaduras y mohos. En ambientes aeróbicos producen la oxidación, estos microorganismos se adhieren a las microgotas de hidrocarburos y las van degradando a CO2, como los hidrocarburos domésticos o de los petroleros accidentados que se quedan en la superficie. En ambientes anaerobios, los sedimentos marinos, no son atacados y permanecen intactos; se aplican, pues, a los derrames de crudo al mar por petroleros accidentados, los llamados microorganismos biorremedio (complementarios). Al añadir fósforo y nitrógeno (nutrientes inorgánicos) se aumenta la velocidad de la degradación.

TEMA 23. EL PROCESO INMUNITARIO.

Conceptos.

Inmunología: estudia las reacciones de defensa del organismo.

Infección: entrada de un microorganismo patógeno que va a provocar una enfermedad.

Inmunidad: protección frente a infecciones. Tipos de mecanismo:

• Mecanismos de inmunidad innata o inespecíficos: se tiene desde que el organismo nace.

Barreras anatómicas: piel (pH ácido) y membranas mucosas (con lisozimas: sustancias antimicrobianas).

Barreras fisiológicas: temperatura (impiden el crecimiento del microorganismo y que no progrese la infección) y el pH.

Factores solubles: interferones (proteínas solubles que se segregan frente a una infección celular) y el sistema del complemento (30 proteínas solubles que circulan por la sangre y en presencia de bacterias se adhieren a ellas y las lisan).

Células fagocíticas (monocitos, neutrófilos y macrófagos)

Inflamación (en la zona infectada por una vasodilatación local y el objetivo es crear un entorno hostil al microorganismo con un aporte de suero)

• Mecanismos de inmunidad adquiridos o específicos: son específicos y surgen frente a cada organismo que penetra, por tanto no existen antes y son el mecanismo de respuesta inmune. Tiene dos etapas:

Reconocimiento del organismo: mediante un linfocito B cuando es infección extracelular y un linfocito T cuando es intracelular.

Linfocitos B: se transforma en células productoras de anticuerpos.

Linfocitos T: se transforman en células citotóxicas que van a matar a las células infectadas.

El anticuerpo viaja por el sistema linfático: para unirse al microorganismo que indujo su producción y promueve su destrucción. Las células T detectan a las infectadas y las destruyen implicando un gasto de material propio.

Diferencias de ambos.

Los mecanismos adquiridos son específicos mientras que los otros son unas barreras que están ahí y se secretan.

Existen células de memoria en las que se produce una pequeña población de linfocitos de memoria que implica una respuesta más rápida frente a una segunda infección.

De éstos va a derivar la vacunación.

Reconocen el material propio del organismo

El sistema inmunológico/inmunitario.

Conjunto de órganos y células que son responsables de la puesta en marcha de la respuesta inmune. Está la médula ósea, el bazo y el timo (todos los productos linfocíticos de la célula).

Inmunidad artificial.

Vacunación: consiste en inyectar microorganismos muertos o atenuados de la enfermedad. Activan el sistema inmunológico generando anticuerpos y constituyen un sistema preventivo.

Sueroterapia: consiste en tratar la enfermedad con anticuerpos específicos con un fin curativo.

Antígenos.

Sustancias que inducen la respuesta inmune. Tienen dos partes:

Epítopo: responsable de la inmunogenicidad (la mayor o menor capacidad de un antígeno de generar respuesta inmunitaria).

Agretopo: parte del antígeno que se une al MHC.

“La presencia de determinados antígenos en el cuerpo del animal estimula la proliferación de los linfocitos que tienen los receptores específicos contra esos antígenos”.

Factores para la inmunogenicidad del antígeno.

Antígeno lo más extraño posible.

Elevado peso molecular.

Composición química, tipos:

heteroantígeno (macromoléculas del microorganismo)

isoantígeno (moléculas de otro organismo de la misma especie)

autoantígeno (moléculas propias -organismo que responde ante lo propio, autoinmunidad-).

Determinante antigénico: pequeña parte de la molécula del antígeno, gracias a la cual se unen específicamente los receptores de membrana de los linfocitos. Las antígenos proteicos se clasifican en:

univalente: cuando solo posee un determinante antigénico.

polivalente: cuando posee varios determinantes antigénicos.

Haptenos: pequeñas moléculas pueden actuar como antígenos, ya que adquieren esta propiedad al unirse a proteínas, pero por sí solas no son inmunogénicas (casi todas las proteínas, muchos polisacáridos y lípidos complejos).

Anticuerpos.

Moléculas proteicas que producen los linfocitos B y están destinas a unirse específicamente a los antígenos. Se presentan libres o asociados a la membrana del linfocito.

Estructura.

Proteínas del grupo de las globulinas llamadas inmunoglobulinas, constituidas por 4 cadenas polipeptídicas:

2 cadenas H (pesadas) unidas por moléculas oligosacarídicas y constituyen una zona de bisagra que permite el movimiento y la unión al el antígeno correspondiente.

2 cadenas L (ligeras).

Ambas tienen una porción variable y otra porción constante.

La zona de unión con el antígeno se denomina parátopo y se une al epítopo del antígeno. Formado por el V­­­t y el Vh.

Tipos de inmunoglobulina.

IgG: son dos cadenas ligadas y dos H. La región C tipo gamma se une al antígeno de forma específica, activa el sistema de complemento para lisar las bacterias. Son los únicos que atraviesan la placenta y llegan al feto. Tienen función antimicrobiana, neutralizan las toxinas y actúan frente a virus.

IgA: dímero unido por la proteína J y otra llamada Sc que es el complemento secretado y cuya función es proteger contra las proteasas (enzimas proteolíticas que rompen las proteínas). Como monómero en el suero, como estructura linfoide subepitelial en el mucus respiratorio e intestinal, en la saliva y en las lágrimas. Colabora por tanto con la defensa primaria. Cadena H.

IgM: no existe libre, forma un pentámero con 5 monómeros unidos por una proteína llamada J. Las cadenas, H, se unen a antígenos polivalentes como virus y bacterias. Es la primera que se sintetiza y activan los macrófagos y el sistema del complemento.

IgE: cadena H. No tiene efecto vírico ni antibacteriano. Reaccionan frente a infecciones de gusanos y fenómenos alérgicos elevados en condiciones de choque anaficáptico, como los helmintos.

IgD: cadena H. Unido a la membrana del linfocito B. Función de reconocimiento del antígeno y puesta en marcha del sistema inmune.

Células linfocíticas.

Presentan un núcleo grande y redondeado con escaso citoplasma, procede de células anatopo y etíopo que son totipotentes, es decir, que pueden dar lugar a todo tipo de células. Síntesis en la médula ósea roja, maduran en el timo o en la propia médula.

Linfocitos B: en los mamíferos, se forman en la médula y en las aves, en la bolsa de Fabricio; siendo los responsables de la inmunidad humoral, o mediada por anticuerpo. Capaces de reconocer y reaccionar frente a antígenos.

Linfocitos T: maduran en el timo, no poseen anticuerpos, poseen células receptoras de membrana que reconocen antígenos y estos receptores son macromoléculas de dos cadenas proteicas unidas no covalentemente a proteínas de membrana. Presenta un lugar de unión al antígeno, que se llama TCR y el CD3 informa de la unión con el antígeno.

APC: células presentadoras de antígeno, contienen el sistema MHC, de histocompatibilidad, encargado de presentar antígeno a los linfocitos T. Sistema MHC I (CD8+ = antígeno) y MHC II (CD4+ = antígeno).

Sistema del complemento: grupo de 30 proteínas aproximadamente encontradas en el suero, de función antimicrobiana, mecanismo innato. Colabora con los anticuerpos. Tiene dos vías de activación: la clásica que requiere dos IgG o un pentámero de IgM + antígeno, y la alternativa que no depende del anticuerpo y los activadores son los componentes de la superficie de los organismos. Ambas vías convergen en la vía lítica o MAC (complejo de ataque membránico).

La respuesta inmune.

Existen dos tipos:

A. Respuesta mediada por un anticuerpo o inmunidad humoral y que actúa frente a infecciones extracelulares:

Antígeno exógeno.

Captado por una APC que es procesada y presentado por el sistema MHC II. La APC viaja por el sistema linfático hacia los organismos linfocitarios.

Selección clonal de los TD4+: selección específica que supone la activación y la fabricación de interleucina (IL) II que transmite la señal de activación. Esta célula T se va a denominar TH o linfocito T-cooperador o T-Helper que fabrica interleucina II R y se mueve hasta encontrar un linfocito B específico.

Reconociemiento antígeno-linfocito B: supone una selección clonal y la presentación del péptido antigénico.

Complejo TCR-péptido antígeno-sistema MHC II.

Activación, proliferación y cambio de clase de las inmunoglobulinas.

Dos tipos celulares: la APC (célula plasmática) y la B de memoria.

Respuesta primaria: se produce ante el primer contacto con un antígeno, hay un dominio de IgM.

Respuesta secundaria: intervienen las células B de memoria que se transforman directamente en células plasmáticas (PC), hay un dominio de IgG, supone una respuesta rápida (fundamento de la vacunación).

B. Respuesta mediada por células, denominada inmunidad celular, que actúa frente a infecciones intracelulares:

El producto de la respuesta celular es que se destruyen las células propias del organismo que están infectadas. Las células citotóxicas se presentan ante infecciones por virus y células tumorales, resulta específica de su antígeno:

DEPENDE DEL ANTÍGENO.

La célula infectada funciona como una APC de membrana más un antígeno endógeno. La célula expresa MHC y un antígeno endógeno.

Linfocito TCD8+ + APC que da lugar a CTL-P, célula citotóxica activada antes de unirse.

La célula infectada unida a la CTL-P se activa e induce a la apoptosis (muerte celular, inducen a las células que se quieren suicidar).

NO DEPENDE DEL ANTÍGENO.

Lo llevan cabo las Nk (“natural killer”) que destuyen las células tumorales y reconocen específicamente a antígenos de la célula tumoral.

Se supone que presentan un receptor de membrana no caracterizado.

Constituye un mecanismo innato.

Existe otra población de células k que si son dependiente del antígeno en células infectadas por virus o en células tumorales.

La unión de esta célula infectada o tumoral con la “killer” supone también la inducción de la apoptosis. El receptor no se sabe bien como es.

Reacción antígeno-anticuerpo.

Se da mediante enlaces de fuerzas de Vaan der Wals, interacciones iónicas e hidrofóbicas. Es una reacción reversible y específica. Hay cuatro tipos:

Precipitación: se da en antígenos solubles y polivalentes más anticuerpos, se forman complejos supramoleculares que precipitan.

Aglutinación: los antígenos son la superficie de algunos virus y bacterias formándose agregados llamados aglutinógenos, y a estos anticuerpos se les denomina aglutininas.

Neutralización: principalmente se produce ante virus, supone una disminución de la capacidad infectiva y se une un anticuerpo a un determinante antigénico de la cápsida del virus.

Opsonización: microorganismos antigénicos que son fagocitados más fácilmente cuando están unidos a un anticuerpo. La unión antígeno-anticuerpo aumenta la adherencia a la superficie de los macrófagos o micrófagos que facilita la fagocitosis.

Fcn de los ARN's además de el almacenamiento de la información genética que en virus es del ARN.