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BIOLOGÍA

Objetivos: Al finalizar esta unidad de ejercicio, el alumno estará en condiciones de conocer:

a) La célula, sus elementos constitutivos y sus funciones; b) La membrana plasmática: sus estructura y composición lípido-protéica; c) La química del núcleo interfásico; d) Breves conceptos sobre reproducción celular; e) Conocimientos generales sobre los diferentes tejidos.

CONCEPTOS GENERALES El término biología fue empleado por primera vez por Lamark en 1801, Ciencia de la vida: es el significado de este término. En otras palabras podemos decir que la biología comprende todos los conocimientos que se refieren a los seres vivos. Un ser viviente es un sistema constituido por una mezcla compleja de compuestos químicos, que tiene la propiedad de producir un constante intercambio de materia y de energía con el medio externo. Toma del medio sustancias que transforma en los compuestos que lo constituyen y le devuelve los productos de desintegración de los mismos. Es capaz a su vez de separar porciones de su masa dotadas de la misma calidad. Todos los seres vivos están constituídos por protoplasma, de ahí que las manifestaciones de vida sean las mismas para todos. La materia viva La materia viva posee una serie de propiedades que permiten no ya diferenciarla de lo no vivo, sino caracterizarla. Ellas son: Organización: La materia viva está siempre organizada y estructurada. No se la recibe si no es con una forma determinada, como la de célula, cuerpo bacteriano o partícula viral. Todas estas formas vitales poseen, en mayor o menor grado, cierta organización permanente y definida, que se repite en el espacio y en el tiempo. Composición química: Posee una composición química compleja, que no es irregular o arbitraria; los componentes que la integran son definidos y están armónicamente reunidos. Capacidad de asimilar: Tiene la capacidad de incorporar materia que se encuentra en su ambiente, modificándola y transformándola en materia igual a la propia. Todas estas etapas de esta transformación constituyen el metabolismo. Autorreproducción: Es capaz de crear nueva materia viva, independiente de sí misma y con sus propias características. Adaptación y evolución: La materia viva es maleable; es decir, tiene la capacidad de sobreponerse a modificaciones menores del medio en que vive, sea en el presente (adaptación) o en el futuro (evolución). Hay dos hechos fundamentales y correlacionados que definen a la materia viva: la capacidad de transmisión genética y la constante presencia en ella de ácidos nucleicos.

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COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA

Está constituida fundamentalmente por: Agua 75 al 85% Proteínas 10 al 20% Lípidos 2 al 3%

Hidratos de carbono, sales inorgánicas y sustancias diversas.

Proteínas de las membranas Proteínas combinadas con la doble capa: Los fosfolípidos de la membrana actúan como un solvente para las proteínas de membranas, creando un medio en el cual las últimas pueden funcionar. Naturaleza asimétrica de las membranas: La asimetría es una característica importante de las membranas que puede atribuirse parcialmente a la distribución irregular de las proteínas en su interior.

El autoensamble de una membrana preserva su estructura básica pero son su asimetría. Una membrana puede romperse por medio de una concentración elevada de un detergente, que es una molécula antipática que forma las pequeñas gotas llamadas micelas. El detergente disuelve los componentes de la membrana envolviendo las porciones hidrofóbicas de lípidos y proteínas en micelas, donde están protegidas del contacto del agua. Si entonces el detergente es eliminado, los lípidos forman espontáneamente una doble capa nueva, incorporando en ella a las proteínas integrales. Sin embargo, las proteínas por lo general asumen orientaciones al azar. Experimentos como éste han demostrado que todas las membranas en la célula no pueden autoensamblarse; en su lugar, por lo menos algunas de las proteínas integrales deben ser insertadas en una membrana ya formada y que tiene una orientación definida.

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FODEM  Membrana Celular Plasmática Es constante en todos los tipos celulares; limita exteriormente al citoplasma celular y aísla a la célula del medio en que vive. Desempeña importantísimas funciones, pues regula a pesar de su extraordinaria delgadez el intercambio entre la célula y el medio; es una verdadera barrera, que envuelve y protege a la célula. Estructura de las membranas Las membranas son estructuras complejas compuestas de lípido, proteínas y carbohidratos. Composición lipídica: Doble capa de lípidos. Una doble capa existe como una lámina en la cual las regiones hidrofóbicas de los fosfolípidos están protegidas del medio acuoso, en tanto que las regiones hidrofílicas están sumergidas en el agua. La doble capa cerrada provee una de las funciones esenciales de las membranas. Es impermeable a la mayor parte de las moléculas solubles en agua, ya que éstas no se disolverán en el centro hidrofóbico de la doble capa.

Diagrama del corte de una membrana de doble capa formada de moléculas de fosfolípidos. Modelo de mosaico fluído de la estructura de la membrana Las membranas funcionales son soluciones bidimensionales de proteínas globulares integrales dispersas en una matriz fluida de fosfolípidos.

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Modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana. La membrana consiste de una capa bimolecular de lípidos con proteínas insertadas en ella o unidos a su superficie citoplasmática. Las proteínas integrales de membrana están embebidas firmemente en la capas de lípidos. Algunas de estas proteínas atraviesan completamente la doble capa y se llaman proteínas transmembrana, en tanto que otras están embebidas en la hojuela exterior o en la interior de la doble capa de lípidos. Unidas débilmente a la superficie interna de la membrana están las proteínas periféricas. Muchas de las proteínas y los lípidos tienen cadenas de oligisacáridos expuestas en la cara externa de la membrana. CITOPLASMA Representa la poción más voluminosa de la célula. Comprende una sustancia fundamental, sin estructura aparente, pero que probablemente posee una organización molecular particular, denominada hialoplasma, y un conjunto de formaciones representadas por los organoides, diferenciaciones e inclusiones de diversa naturaleza. ORGANOIDES: 1- Retículo endoplasmático, Ergastoplasma: las técnicas histoquímicas y los métodos de investigación basados en la absorción de la luz ultravioleta pudieron demostrar que la basofilia citoplasmática era debida a la presencia de ácidos ribonucléicos (ARN). Para algunos casos (células glandulares), se adoptó la denominación de ergastoplasma, que significa protoplasma funcional. Al iniciarse la microscopía electrónica se reveló la existencia de un sistema más o menos desarrollado de tubos estrechos, anastomosados en red, a los cuales se relacionaron ciertas estructuras granulares; como estas formaciones se las observó en la región endoplasmática, surgió la denominación de retículo endoplasmático. La función fundamental del retículo se halla vinculada a la síntesis de proteínas, pero además a la de glúcidos y lípidos; intervienen además en procesos de absorción activa. 2- Ribosomas: Son partículas que aparecen en el citoplasma, de forma redondeada, pequeño tamaño y gran opacidad a los electrones. Muy relacionados con las membranas del retículo endoplasmático: existen en el núcleo también, y en este caso se les llama ribosomas nucleares.

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FODEM  Son extraordinariamente ricos en ARN que es de alto peso molecular, pues poseen de 1000 a 2000 bases nitrogenadas. Los ribosomas están asociados, además, con el ARN mensajero (ARNm), que representa el programa de trabajo de los ribosomas. 3- Aparato de Golgi: Fue descubierto en las células nerviosas, posteriormente fue reconocido en todos los otros tipos de células animales. Aparece como un retículo osmófilo y este aspecto reticular determinó que Golgi lo denominara aparato reticular interno. Está constituído por tres elementos: laminillas, vacuolas y vesículas. Se considera que intervienen en la acumulación, empaque y eliminación de ciertos productos elaborados por la célula. 4- Mitocondrias: Son pequeños cuerpos citoplasmáticos de 1 a 10µ. Adoptan formas variadas: granular, bastoniforme o filamentosa. Cuando adoptan la forma granular se las denomina mitocondrias. Los componentes químicos más importantes son las enzimas; poseen la totalidad de las enzimas que intervienen en el proceso final del metabolismo de hidratos de carbono, grasas y proteínas, conocido con la denominación de ciclo de Krebs. Este ciclo comprende todas las etapas de dicho proceso metabólico, a partir del piruvato, y llega a la formación de CO2 y H2O. Durante el ciclo se produce una transferencia de electrones a través de una cadena de dadores y captadores, con suministro de energía, que se acumula en el adenosintrifosfato (ATP). Este, a su vez, se encarga de una cadena de aportar toda la energía necesaria para el cumplimiento de las funciones celulares que requieran energía (movimientos, calor, síntesis, etc.). El número de mitocondrias es variable; es evidente que se disponen en aquellos sitios en que más necesario el suministro energético. Contienen ADN propio, que representa un 7% del total del ADN celular. La vida media es variable, se calcula entre 7 y 10 días. 5- Lisosomas: Contienen varias enzimas del grupo de las hidrolasas. Son abundantes en las células que cumplen funciones fagocíticas. El tamaño es de 0,2 a 0,5µ. Son más o menos esféricas, de contenido no homogéneo. Se originan en el complejo de Golgi, como pequeñas vesículas. Intervienen en la destrucción o lisis de todos aquellos elementos extraños que puedan haber penetrado en la célula, sean sólidos o no. 6- Centríolo: Es un organoide constante de la célula; es un pequeño corpúsculo (menos de un micrón); puede ser único o doble. A veces adopta la forma de bastón; lo rodea una zona de citoplasma denso, denominada centrosoma.

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Esquema idealizado de una célula vista con el microscopio electrónico: N) Núcleo;

C) Centríolo; RE) Retículo Endoplasmático;

G) Complejo de Golgi; L) Lisosoma;

M) Mitocondria. CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS DE LA MATERIA VIVA La materia viva o protoplasma es una compleja asociación de sustancias, de las cuales unas forman parte de las estructuras celulares y otras se encuentran en la sustancia fundamental. De éstas, algunas se hallan en estado de solución, tales como las sales y los monosacáridos, por tratarse de moléculas pequeñas; otras se presentan formando partículas monomoleculares o polimoleculares, y tienen dimensiones submicroscópicas y se encuentran en estado coloidal. El estado coloidal es aquel en que se encuentran partículas dispersadas o micelas en un medio dispersante, en nuestro caso el agua. Las micelas están dotadas de un movimiento oscilatorio o browniano, que se debe a los continuos choques con las moléculas en estado cinético de la fase líquida dispersante. Como las micelas poseen todas igual carga y del mismo tipo –positiva o negativa-, se repelen continuamente, lo cual asegura la estabilidad del sistema. Los sistemas coloidales pueden adquirir cierto grado de consistencia; cuando adopta la forma de fluído, se dice que está en estado de sol, y cuando es consistente, en estado de gel; se

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FODEM  puede pasar alternativamente de un estado a otro; estos cambios producen los movimientos amíbicos. CELULA Debes ser considerada como una unidad vital, ya que ella, sola o asociada con otras células semejantes, puede cumplir con todas las funciones propias de la materia viva. La célula es la unidad estructural de todos los seres vivos, vegetales o animales. Tal es la expresión más simple de la llamada teoría celular. La célula es una unidad vital, pero debemos aclarar que no es la única unidad vital pues existen seres vivos no celulares, como los virus. El carácter general, común a todas estas unidades vitales (células, cuerpos bacterianos y partículas virales) es la capacidad de reproducirse y de transmitir información genética a sus descendientes. Las células pueden presentarse como células libres, en los organismos unicelulares, o bien federadas, constituyendo en tal caso los organismos multicelulares, que están formados por un número elevado de ellas. Se denomina sincicio a una masa citoplasmática provista de numerosos núcleos; es el resultado de la fusión de numerosas células. Los plasmodios son, en cambio, masas citoplasmáticas multinucleadas, pero originadas en una sola célula. Forma y tamaño celular: Es variable; se puede comprobar que la forma representa una adaptación a la función que cumplen. Componentes celulares: La célula está constituída por tres elementos constantes: el núcleo, el citoplasma y la membrana celular plasmática. La célula, en conjunto, está formada por protoplasma, que incluye citoplasma y carioplasma. Dentro del citoplasma se encuentra una serie de componentes o estructuras constantes, denominados organoides. Ellos son el retículo endoplasmático, el ergastoplasma, los ribosomas, el aparato de Golgi, las mitocondrias, los lisosomas y el o los centriolos. MORFOLOGÍA DEL NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo es la porción de la célula encargada de albergar la información genética con que ésta cuenta. Por lo tanto, sus funciones están vinculadas con esta propiedad. En las células que no están en período de división, el núcleo rige la mayoría de los procesos metabólicos citoplasmáticos. Casi todas las células tienen núcleo; aquellas que no lo poseen son de corta vida y han perdido la mayoría de las propiedades generales de la célula, en especial la de reproducción (ejemplo: glóbulos rojos). Generalmente son únicos; la forma coincide con el de la célula. Está ubicado generalmente en el centro celular, pero su ubicación varía según el momento funcional de la célula. Se designa núcleo interfásico a aquel que no ejerce funciones de reproducción. Posee una membrana refrigerante que lo separa del citoplasma, y uno o más corpúsculos esféricos, denominados nucléolos; además se encuentran filamentos entrecruzados, llamados cromosomas. Mediante técnicas complejas se determinan cuatro estructuras fundamentales: membrana nuclear o carioteca, la cromatina, el jugo nuclear o nucleoplasma y el o los nucleolos.

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Imagen de Estructura esquemática de Watson y Crack para el ADN. Las cintas paralelas representan los nucleótidos.

QUÍMICA DEL NÚCLEO INTERFÁSICO El núcleo está constituído, principalmente, por las siguientes sustancias:

1) Ácido desoxirribonucleico (ADN) 2) Ácido ribonucleico (ARN) 3) Proteínas básicas (protaminas e histonas) 4) Proteínas no histónicas 5) Enzimas 6) Minerales.

Ácido desoxirribonucleico: El ADN se encuentra localizado casi exclusivamente dentro del núcleo, y está situado selectivamente en la cromatina. La cantidad de ADN por núcleo es una constante biológica de las especies. Ácido ribonucleico: El ARN es heterogéneo, distinguiéndose por lo menos tres variedades conocidas como: ARN mensajero, ARN ribosómico, y ARN de transferencia.

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Molécula de ADN autoduplicándose

ADN ARN

Sinónimos Ácido desoxirribonucleico, DNA

Ácido ribanucleico, RNA

Unidad química básica Nuc9eótidos Nulceótidos

Azúcar Desoxirribosa Ribosa

Forma Filamentos Gránulos esféricos

Distribución en la naturaleza

Presente en todos los seres vivas, excepto algunos virus bacteriófagos

Presente en todos los seres vivas, excepto algunos virus

Ubicación celular

Núcleo: cromosomas 99%

Citoplasma: ribosamas 90%

Cantidad Constante para cada especie Variable, según la síntesis de las proteínas

Origen De otra molécula de ADN (autoduplicable) Proviene del ADN

Importancia Responsables químicos de (a herencia

CROMOSOMAS Son estructuras nucleares existentes durante todo el ciclo celular, capaces de autoduplicarse y encargados de albergar información genética y de transmitirla de una generación celular a otra. La especie humana posee 46 cromosomas en sus células somáticas. Células somáticas son aquellas que no originan gametos. El número es casi siempre par y se lo designa número cigótico, diploide o somático. Dentro de él, cada cromosoma está representado por duplicado, denominándose homólogos a los que son morfológicamente iguales. De esta forma, las células somáticas diploides aparecen con un doble juego cromosómico. Las células sexuales o gametos tienen un número que es la mitad del de las células somáticas y se lo designa número gamético o haploide. REPRODUCCIÓN CELULAR Las funciones de reproducción son las encargadas de perpetuar la especie. Las células deben multiplicarse para originar nuevos individuos. Existen 3 tipos de divisiones celulares:

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1) División celular directa o AMITOSIS 2) División celular indirecta o MITOSIS 3) División celular meiótica o MEIOSIS.

1) Amitosis: Principalmente ocurre en células primitivas como bacterias, algas y algunos protozoos. Es una división muy sencilla, que consiste en la estrangulación del núcleo y del citoplasma para constituir células hijas. 2) Mitosis: También llamada división celular somática, es más complicada, pero durante su proceso se asegura una exacta distribución de la cromatina nuclear. Se cumple mediante dos procesos armónicos y continuos, pero independientes, la división del núcleo o cariocinesis, y la división del citoplasma o citoginesis. 3) Meiosis: Es el proceso de división celular especial que determina la formación de las células sexuales o gametas. ESPERMATOGÉNESIS Este proceso se cumple en el interior de los tubos seminíferos que forma los testículos. Las paredes de esos tubos están constituídas por células germinales llamadas espermatogonios. Después de la madurez sexual, algunas de estas células se desarrollan y dan lugar a células más grandes denominadas espermatocitos primarios, los cuales sufren dos divisiones meióticas sucesivas. Se originan así 4 células de igual tamaño, las espermátidas. Cada una de ellas, después de sufrir algunas modificaciones (pérdida del citoplasma, formación de una cola o flagelo), se convierten en espermatozoides. OVOGÉNESIS Se cumple en el interior de los ovarios a partir de células sexuales inmaduras u ovogonios. En la madurez sexual, los ovogonios se desarrollan formando células de gran tamaño, llamados ovocitos primarios, mucho mayores que los espermatocitos, porque contienen gran cantidad de sustancias nutritivas o vitelo. En la primera división meiótica, el ovocito se divide formando dos células de distinto tamaño: una de ellas es mayor porque contiene casi todo el citoplasma y el vitelo del ovocito primario y se denomina ovocito secundario. La otra célula llamada cuerpo polar, esta constituída principalmente por núcleo. En la segunda división, el ovocito secundario también se divide en forma desigual, formando una célula mayor u ovótida y un cuerpo polar. A su vez, el cuerpo polar resultante de la primera división vuelve a dividirse formando dos cuerpos polares secundarios. La ovótida crece formando el óvulo y los tres cuerpos polares secundarios se desintegran. La formación de los cuerpos polares permite que el óvulo posea la mayor cantidad posible de citoplasma y vitelo, que utilizará durante su desarrollo en caso de ser fecundado.

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Gráfico que representa la mitosis de una célula animal

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Esquema comparativo de la mitosis y la meiosis DIFERENCIACIÓN CELULAR. TEJIDO

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FODEM  Todos los organismos vivientes están constituídos por células. Algunos se hallan constituídos por una sola célula y se llaman unicelulares; en la formación de otros, en cambio, intervienen numerosas células y se llaman pluricelulares. En los unicelulares, la única célula cumple todas las funciones: nutrición, relación y reproducción. En los pluricelulares, las células que los forman, a pesar de que pueden realizar todas las funciones, están organizadas y diferenciadas par llevar a cabo funciones diferentes. Esta diferenciación funcional determina una diferenciación morfológica, y eso se llama división del trabajo. Así se originan los distintos tejidos con sus funciones específicas. Tejido es un conjunto de células morfológicamente semejantes que se reúnen para desempeñar una misma función. Los tejidos animales están constituídos por células que les son características y por una sustancia que las une, llamada sustancia intercelular. Teniendo en cuenta las particularidades que presentan ambos componentes, los tejidos se dividen en 7 grupos: epitelial, conectivo, cartilaginoso, óseo, sanguíneo, muscular y nervioso. Tejido epitelial: Está constituído por células poco transformadas y sustancia intercelular escasa o nula. Debemos destacar las diferencias existentes entre endotelio y epitelio propiamente dicho. Mientras el endotelio es aquel que recubre órganos que no tienen comunicación con el exterior, el epitelio sí lo tiene. Tejido conectivo o conjuntivo: Presenta células estrelladas poco transformadas y sustancia intercelular muy abundante y semisólida. Tejido cartilaginoso: Está constituído por células poco transformadas, los condroblastos, encerradas en cápsulas llamadas condroplastos. La sustancia intercelular es abundante y semidura, firme pero a la vez elástica. Tejido óseo: Es exclusivo de los vertebrados. Está compuesto por células aracniformes poco transformadas u osteoblastos, con sustancia intercelular abundante y dura por la impregnación de sales calcáreas, la cual forma laminillas óseas, Según su disposición, constituyen el tejido óseo compacto cuando no dejan espacio entre sí (cuerpo o diáfisis de los hueso largos), o tejido óseo esponjoso, cuando dejan espacios entres sí (extremidades o epífisis de los huesos largos). Tejido sanguíneo: Cumple la función de transportar principalmente los gases respiratorios y los alimentos. Tienen células sencillas, poco transformadas y sustancia intercelular muy abundante y líquida. Ellos son: la sangre y la linfa. Tejido muscular: En su constitución intervienen células muy transformadas adaptadas a la contracción, y sustancia intercelular escasa representada por tejido conectivo infiltrado. Tejido nervioso: Las células son muy transformadas y están especializadas en la conducción de impulsos; se las denomina neuronas. La sustancia intercelular o neuroglia está representada por tejido conectivo de células aracniformes.

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