Post on 15-Dec-2015
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La composición de la vida
Chemical origins of life: Prebio3c RNA unstuckArmando R. Hernández & Joseph A. PiccirilliNature Chemistry 5, 360–362 (2013)
La composición de la vida
Cooper. La Célula 5ed.
Sánchez González, Dolores Javier, and Trejo Bahena, Nayeli Isabel. Biología celular y molecular. México: Editorial Alfil, S. A. de C. V., 2006. ProQuest ebrary. Web. 27 April 2015.Copyright © 2006. Editorial Alfil, S. A. de C. V.. All rights reserved.
Sánchez González, Dolores Javier, and Trejo Bahena, Nayeli Isabel. Biología celular y molecular. México: Editorial Alfil, S. A. de C. V., 2006. ProQuest ebrary. Web. 27 April 2015.Copyright © 2006. Editorial Alfil, S. A. de C. V.. All rights reserved.
Sánchez González, Dolores Javier, Trejo Bahena, Nayeli Isabel. Biología Celular y M
olecular. 2006.
Biología Molecular de la Célula. Alberts B., et al. 5ed.
Rabbit hemoglobin mRNA is translated into rabbit hemoglobin in a frog (Xenopus) egg
Copyright © 2000, W. H. Freeman and Company
Carl Woese (1980) denominó protobionte o progenote al antepasado común de todos los organismos y representaría la unidad viviente más primi3va.
Biología de los microorganismos. Brock 10ed.
Las células en funcionamiento. La energía de la vida.
Solomon EP., Berg LR., Mar3n DW. Biología. Novena Edición.
Schleiden & Schawnn
Teoría Celular 1. Todos los organismos
consisten en una o más células.
2. La célula es la unidad básica de la estructura de todos los organismos.
Tercer principio TODAS LAS CÉLULAS SE ORIGINAN
UNICAMENTE A PARTIR DE CÉLULAS PREEXISTENTES
Virchow omnis cellula e cellula
Brown “nucleus”
Nägeli División celular
Alberts B, y colsl. Introducción a la Biología Celular 3ª Ed. 2010.
Teoría Celular
• 1 . En p r i n c i p i o , t odos l o s
organismos están compuestos de células.
• 2. En las células Tenen lugar las r e a c c i one s me t abó l i c a s d e organismo.
• 3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.
• 4. Las células conTenen el material hereditario.
En 1824, René Dutrochet fue el primero en establecer que la célula era la unidad básica de la estructura. Para 1838 Mathias Schleiden, un botánico de origen alemán, llegaba a la conclusión de que todos los tejidos vegetales estaban formados por células. Al año siguiente, otro alemán, el zoólogo Theodo r S chwann e x t end ió l a s conclusiones de Schleiden hacia los animales y propuso una base celular para toda forma de vida. Finalmente, en 1858, Rudolf Virchow al hacer estudios sobre citogénesis de los procesos cancerosos llega a la siguiente conclusión: "las células surgen de células preexistentes" o como lo decía en su axioma "ommni cellula e cellula".
Teoría Celular Moderna
Postulados: • Toda sustancia “viva” está localizado
en células. • La célula es la unidad básica de la
estructura y función. • Las células se replican para crear más
células. • Un organismo celular puede exis3r
como una célula individual. • Un organismo mul3celular es un
conglomerado de células con niveles similares de organización
Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural, ya que todos los seres vivos están formados por células; es la unidad de función, porque de ella depende nuestro f u n c i o n am i e n t o c om o organismo y es la unidad de origen porque no se puede concebir a un organismo vivo si no esta presente al menos una célula.
El mundo de la célula, 6ta Edición Wayne M. Becker, Lewis J..
PROPIEDADES Y ESTRATEGIAS DE LAS CÉLULAS
Lehninger Principles of Biochemistry-‐Fourth Edi3on.
Secuenciación del rRNA y filogenia
Madigan M., et al. Brocks. Biología de los microorganismos. 10 edición. Pearson Pren3ce Hall.
Solomon EP., Berg LR., Mar3n DW. Biología. Novena Edición.
La vida celular
Biología de los microorganismos. Brock 10ed.
Biología de los microorganismos. Brock 10ed.
Biología de los microorganismos. Brock 10ed.
Tipos o grupos celulares
Geno
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n, T.A.New
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Scien
ce ; c200
2
Lehninger Principles of Biochemistry-‐Fourth Edi3on.
Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L.New York: W H Freeman; 2002.
CITOESQUELETO
05-‐05-‐15
Organización de la célula !"
Además de tener una función estructural en el citoesqueleto, son ex-tremadamente adaptables y están implicadas en el movimiento de los cromosomas durante la división celular. Sirven como vías de transporte para otras varias clases de movimiento intracelular y son los principales componentes estructurales de cilios y ! agelos, estructuras especializadas utilizadas en determinados movimientos celulares.
Los microtúbulos consisten en dos formas de la proteína tubulina: tubulina-a y tubulina-b. Estas proteínas se combinan para formar un dímero (recuerde del capítulo 3 que un dímero se forma a partir de la asociación de dos unidades más simples, que se conocen como monó-meros). Un microtúbulo se alarga a medida que se agregan dímeros de tubulina (FIGURA !"#!). Los microtúbulos se acortan y desensamblan al retirar dímeros, que se reciclan para formar nuevos microtúbulos. Cada microtúbulo tiene polaridad y sus dos extremos se conocen como extremo más y extremo menos. El extremo más, se alarga con mayor rapidez.
También son importantes otras proteínas para la función de los microtúbulos. Las proteínas asociadas a los microtúbulos (MAP) se clasi" can en dos grupos: MAP estructurales y MAP motoras. Las MAP estructurales pueden ayudar a regular el ensamblaje de microtúbulos y
bida de la luz solar por las moléculas de cloro" la excita a los electrones; entonces la energía de estos electrones excitados se utiliza para producir ATP y otras moléculas que trans" eren energía química.
Los cloroplastos pertenecen a un grupo de orgánulos, conoci-dos como plastidios o plastos, que producen y almacenan materiales alimenticios en las células vegetales y de algas. Todos los plastidios se desarrollan a partir de proplastidios, orgánulos precursores que se en-cuentran en células vegetales menos especializadas, especialmente en tejidos no desarrollados en crecimiento. Dependiendo de las funciones especí" cas que " nalmente tendrá una célula, sus proplastidios se pueden desarrollar en diversos plastidios maduros especializados. Son orgánulos extremadamente versátiles; de hecho, bajo determinadas condiciones, incluso los plastidios maduros pueden cambiar de una forma a otra.
Los cloroplastos se producen cuando los proplastidios se estimulan por la exposición a la luz. Los cromoplastos contienen pigmentos que dan a ciertas ! ores y frutos sus colores característicos; estos colores atraen a los animales que sirven como polinizadores o como mecanismos de dispersión de las semillas. Los leucoplastos son plastidios sin pigmento; incluyen amiloplastos (vea la " gura 3-9), que almacenan almidón en las células y en muchas semillas, raíces y tubérculos (como las papas).
Repaso
! ¿En qué se diferencian la estructura y la función del RE rugoso y del RE liso?
! ¿Cuáles son las funciones del complejo de Golgi? ! ¿Qué secuencia de sucesos debe tener lugar para que se sintetice una
proteína y después sea secretada por la célula? ! ¿En qué se parecen los cloroplastos y las mitocondrias? ¿En qué se
diferencian? ! Dibuje e indique los componentes de un cloroplasto y de una
mitocondria.
#.$ EL CITOESQUELETO
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE%& Describir la estructura y las funciones del citoesqueleto.%' Comparar cilios y fl agelos y describir sus funciones.
Al observar las células que crecen en el laboratorio, los cientí" cos ven que éstas cambian frecuentemente de forma y que muchos tipos de ellas se mueven. El citoesqueleto, una densa red de " bras de proteína, proporciona a las células su resistencia mecánica, su forma y su capacidad para moverse (FIGURA !"#$). El citoesqueleto también participa en la división celular y en el transporte de materiales dentro de la célula.
El citoesqueleto es muy dinámico y está en continuo cambio. Su armazón está constituido por tres tipos de " lamentos de proteína: mi-crotúbulos, micro" lamentos y " lamentos intermedios. Tanto micro-" lamentos como microtúbulos están formados por subunidades de proteínas globulares (en forma de perlas) que se pueden ensamblar y desensamblar rápidamente. Los " lamentos intermedios están formados por subunidades de proteínas " brosas y son más estables que los micro-túbulos y los micro" lamentos.
Los microtúbulos son cilindros huecos
Los microtúbulos, los " lamentos más gruesos del citoesqueleto, son rígidos, tienen forma de cilindros huecos con un diámetro externo de aproximadamente 25 nm y hasta varios micrómetros de longitud.
El citoesqueleto consiste en una red de varios tipos de fi bras que le dan soporte a la célula y son importantes para los diferentes movimientos celulares.
Membrana plasmática
Filamento intermedio
Microtúbulo
Microfilamento
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c.FIGURA !"#$ Animada El citoesqueletoLas células eucariotas tienen un citoesqueleto que consiste en redes de varios tipos de fi bras, como microtúbulos, microfi lamentos y fi lamentos intermedios. El citoesqueleto contribuye a la forma de la célula, sirve de ancla a los orgánulos y, a veces cambia rápidamente la forma de la célula durante la locomoción celular. El MO fl uorescente muestra el citoesqueleto de dos fi broblastos (microtúbulos, amarillo, microfi lamentos, azul, núcleos, verde).
PUNTO CLAVE
04_Cap_04_SOLOMON.indd 9704_Cap_04_SOLOMON.indd 97 11/12/12 16:2511/12/12 16:25
Solomon EP., Berg LR., Mar3n DW. Biología. Novena Edición.
LAS CÉLULAS TIENEN MUCHAS FORMAS Y TAMAÑOS
El mundo de la célula, 6ta Edición Wayne M. Becker, Lewis J..
Madigan M., et al. Brocks. Biología de los microorganismos. 10 edición. Pearson Pren3ce Hall.
Madigan M., et al. Brocks. Biología de los microorganismos. 10 edición. Pearson Pren3ce Hall.
Opciones metabólicas para la obtención de energía
Lehninger Principles of Biochemistry-‐Fourth Edi3on.
05-‐05-‐15 BQ744 PROL 31 Here I will follow Woese, Kandler & Wheelis (1990), although some as-pects of their taxonomy are controversial. They developed their classificationof organisms by using distances based on sequence divergence in a ubiqui-tous piece of genetic sequence As shown in Figure 1, there are three mostbasic divisions: the Archaea, the Bacteria and the Eucarya. Eucarya (alsocalled eucaryotes) are the creatures we are most familiar with. They havecells that contain nuclei, a specialized area in the cell that holds the geneticmaterial. Eucaryotic cells also have other specialized cellular areas, calledorganelles. An example of organelles are mitochondria and chloroplasts. Mi-tochondria are where respiration takes place, the process by which cells useoxygen to improve their efficiency at turning food into useful energy.Chloroplasts are organelles found in plants that capture energy from sunlight.All multicellular organisms, (e.g. people, mosquitos and maple trees) are Eu-carya, as are many single celled organisms, such as yeasts and paramecia.
Even within Eucarya, there are more kinds of creatures than many non-bi-ologists expect. Within the domain of the eucaryotes, there are generally heldto be at least four kingdoms: animals, green plants, fungi and protists. From agenetic viewpoint, the protists, usually defined as single celled organismsother than fungi, appear to be a series of kingdoms, including at least the cili-
6 ARTIFICIAL INTELLIGENCE & MOLECULAR BIOLOGY
Al l L i fe
Archaea Bacteria Eucarya
AnimalsGreen Plants(trees, f lowers, grasses)
Fungi(Mushrooms, Athlete's foot)
Pro t i s ts (yeast, planaria)
VertebratesInvertebrates( insects, worms, shel l f ish, snai ls)
Fish(sharks, trout)
Repti les(snakes, l izards)
Amphibians(frogs, newts)
Birds(eagles, finches) Mammals
Monotremata(platypi )
Marsupials(kangaroos)
Lept ic t ida(rabbi ts)
Rodents(mice)
Carnivores(wolves)
Pinnipedia(seals)
Pteropidae(bats)
Pr imates(people)
Viruses
Figure 1. A very incomplete and informal taxonomic tree. Items in italics are com-mon names of representative organisms or classes. Most of the elided taxa are Bac-teria; Vertebrates make up only about 3% of known species.
Ar3ficial intelligence and molecular biology. Edited by Lawrence Hunter.
Relación entre tamaños, formas y función
hpp://www.sciencelearn.org.nz/Contexts/Exploring-‐with-‐Microscopes/Sci-‐Media/Images/Cells-‐with-‐dis3nc3ve-‐shapes
Homeostasis Celular – Las bases de la regulación fisiológica
Para un funcionamiento normal el ambiente interno debe mantenerse estable.
Claude Bernard
El medio interno es un concepto definido por Claude Bernard a finales del siglo XIX, refiriendose al medio hidrosalino de un organismo, que baña a cada una de las células.
Homeostasis Celular – Las bases de la regulación fisiológica 2 PART I CELLULAR PHYSIOLOGY
The scope of physiology ranges from the activities orfunctions of individual molecules and cells to the interac-tion of our bodies with the external world. In recent years,we have seen many advances in our understanding of phys-iological processes at the molecular and cellular levels. Inhigher organisms, changes in cell function always occur inthe context of a whole organism, and different tissues andorgans obviously affect one another. The independent ac-tivity of an organism requires the coordination of functionat all levels, from molecular and cellular to the organism asa whole. An important part of physiology is understandinghow different parts of the body are controlled, how they in-teract, and how they adapt to changing conditions.
For a person to remain healthy, physiological conditionsin the body must be kept at optimal levels and closely reg-ulated. Regulation requires effective communication be-tween cells and tissues. This chapter discusses several top-ics related to regulation and communication: the internalenvironment, homeostasis of extracellular fluid, intracellu-lar homeostasis, negative and positive feedback, feedfor-ward control, compartments, steady state and equilibrium,intercellular and intracellular communication, nervous andendocrine systems control, cell membrane transduction,and important signal transduction cascades.
THE BASIS OF PHYSIOLOGICAL REGULATION
Our bodies are made up of incredibly complex and delicatematerials, and we are constantly subjected to all kinds ofdisturbances, yet we keep going for a lifetime. It is clearthat conditions and processes in the body must be closelycontrolled and regulated, i.e., kept at appropriate values.Below we consider, in broad terms, physiological regula-tion in the body.
A Stable Internal Environment Is Essential for Normal Cell Function
The nineteenth-century French physiologist ClaudeBernard was the first to formulate the concept of the inter-nal environment (milieu intérieur). He pointed out that an ex-ternal environment surrounds multicellular organisms (airor water), but the cells live in a liquid internal environment(extracellular fluid). Most body cells are not directly ex-posed to the external world but, rather, interact with itthrough the internal environment, which is continuouslyrenewed by the circulating blood (Fig. 1.1).
For optimal cell, tissue, and organ function in animals,several conditions in the internal environment must bemaintained within narrow limits. These include but are notlimited to (1) oxygen and carbon dioxide tensions, (2) con-centrations of glucose and other metabolites, (3) osmoticpressure, (4) concentrations of hydrogen, potassium, cal-cium, and magnesium ions, and (5) temperature. Depar-tures from optimal conditions may result in disorderedfunctions, disease, or death.
Bernard stated that “stability of the internal environmentis the primary condition for a free and independent exis-tence.” He recognized that an animal’s independence fromchanging external conditions is related to its capacity to
maintain a relatively constant internal environment. Agood example is the ability of warm-blooded animals to livein different climates. Over a wide range of external temper-atures, core temperature in mammals is maintained con-stant by both physiological and behavioral mechanisms.This stability has a clear survival value.
Homeostasis Is the Maintenance of Steady States in the Body by Coordinated Physiological Mechanisms
The key to maintaining stability of the internal environ-ment is the presence of regulatory mechanisms in the body.In the first half of the twentieth century, the Americanphysiologist Walter B. Cannon introduced a concept de-scribing this capacity for self-regulation: homeostasis, themaintenance of steady states in the body by coordinatedphysiological mechanisms.
The concept of homeostasis is helpful in understandingand analyzing conditions in the body. The existence ofsteady conditions is evidence of regulatory mechanisms inthe body that maintain stability. To function optimally un-der a variety of conditions, the body must sense departuresfrom normal and must engage mechanisms for restoringconditions to normal. Departures from normal may be in thedirection of too little or too much, so mechanisms exist foropposing changes in either direction. For example, if bloodglucose concentration is too low, the hormone glucagon,from alpha cells of the pancreas, and epinephrine, from theadrenal medulla, will increase it. If blood glucose concentra-
External environment
Lungs
Kidneys
Internalenvironment
Body cells
Skin
Alimentarytract
The living cells of our body, surroundedby an internal environment (extracellular
fluid), communicate with the external world through thismedium. Exchanges of matter and energy between the body andthe external environment (indicated by arrows) occur via the gas-trointestinal tract, kidneys, lungs, and skin (including the special-ized sensory organs).
FIGURE 1.1
Medical Phisiology: Principles for Clinical Medicine editado por Rodney A. Rhoades, David R. Bell
Chemical reactions also produce waste products; these must beremoved from the body to prevent cellular disturbances.
The interdependence of the basic needs means that a failureof one function leads to a deterioration of others (emphasizingfurther the ‘principle of complementary’). For example, mal-nutrition (‘mal-’ = bad or poor) results in the retardation ofgrowth and development, lethargy, poor tissue maintenance, areduced capacity to avoid infection, and a general failure tothrive.
Disorders arise at a cellular level, and, because of the inter-dependence of the components of the body, this means that afailure of one function leads to a deterioration of others. Thisis reflected in the diverse signs and symptoms of ill health thatrequire clinical intervention to restore health (or homeostasis).For example, a patient who has had a heart condition may dis-play signs and symptoms that reflect poor functioning of notonly the heart, but also lungs and kidneys.
In the context of this introductory chapter, it seems logicalto establish the basis for optimum (ideal) biological function-ing. The main topic reviewed in the remainder of this chapteris homeostasis.
HOMEOSTASIS: THE LINK WITH HEALTH
An introduction to homeostatic control theoryThe word ‘homeostasis’ literally translates as ‘same standing’,and is usually taken to indicate constancy or balance. Thosestudents who have entered health care in recent years, havingtaken courses that have had a significant human biology com-ponent, are likely to have come across the term, since it is animportant concept, especially in physiological studies.
The idea that a constancy of the internal environment of thehuman body is essential to life can be traced back to the viewsof the eminent French physiologist Claude Bernard, in themid-nineteenth century. The turn of the twentieth centuryproduced many important discoveries of how the body is reg-ulated by hormonal and neural mechanisms.
In order to perform the basic functions of life successfully,there must be a ‘consistency’ within the body, and in particu-lar in the environment inside cells, called the intracellular fluid(‘intra-’ = inside). The regulation of the composition and
INTRODUCTION TO PHYSIOLOGY AND HOMEOSTASIS10
Table 1.2 Organ system involvement in maintaining the basic needs of thehuman body. The table demonstrates that all the organ systems are involved inmaintaining the normal environment needed by the cells of the body, to enablethem to perform the basic needs of the individual during health
Basic need Organ systems involved
Intake of raw materialFood DigestiveOxygen Respiratory
Internal transportation Circulatory, lymphaticExcretion Urinary, respiratory, the skin
Sensitivity and irritabilityEnvironment outside the body Special senses, nervous,
skeletomuscularEnvironment inside the body Nervous, endocrine
DefenceEnvironment outside the body Skin, special sensesEnvironment inside the body Immune, digestive, endocrine
Movement within the environment Skeletal, muscular, nervous, special senses
Reproduction Reproductive, endocrine
Removal of 'wastes'Coordinated byneural–endocrine systems
Coordinated byneural–endocrine systems
Immunesystem
Supply of raw materialsfor chemical reactions
Digestive Respiratory Circulatory Skeletomuscular Senses
systems
Defends cell
Metabolites(receptors)
ATP
Products – intracellular homeostasis
Proteins(enzymes)
'wastes' usefulproducts
CirculatoryExcretory systems
Genes
Figure 1.6 Involvement of organ systems in the regulation of intracellular homeostasis
Q Suggest why the following statements are used in physiology: (1) genes, ‘the code of life’; (2) enzymes, ‘the key chemicals of life’.
BOX 1.3 ILLNESS – A CELLULAR IMBALANCE
Since health is dependent upon optimal functioning of cellular compo-nents – receptors, genes, enzymes – and the cell’s microenvironmentbeing ideally suitable for this optimal functioning, it follows that ulti-mately every illness originates from a functional disturbance arisingfrom the cellular components (i.e. receptors and/or genes and/orenzymes) and/or the microenvironment at the cellular level. Arguably,cellular respiration is the most important chemical reaction in the humanbody, since its end products (ATP, heat and acidity) are essential in theprovision of this ideal environment for optimal cellular metabolism (seeFigure 2.11, p.36 and Box 2.1, p.22).
01-Physiology-Ch1-ccp:Layout 1 11/2/09 08:36 Page 10Homeostasis Celular – Rol del sistema de organos en la regulación de la homeostasis intracelular
INTRODUCTION TO PHYSIOLOGY AND HOMEOSTASIS