Apuntes Biología Bachillerato Internacional TEMA 1, Apuntes de Biología

¡Descarga Apuntes Biología Bachillerato Internacional TEMA 1 y más Apuntes en PDF de Biología solo en Docsity! TEMA 1: BIOLOGÍA CELULAR: 1.1: Introducción a las células: TEORÍA CELULAR Todos los organismos vivos están compuestos de células. La estructura interna de los organismos se compone de partes individuales muy pequeñas. Las células son la unidad estructural de toda materia viva. Aunque varían en tamaño y forma, tienen características comunes: - Cada célula viva está rodeada de una membrana que separa el interior de la célula de todo lo que está fuera. - Contienen material genético que almacena las instrucciones para las actividades celulares. - Muchas actividades son reacciones químicas catalizadas por enzimas producidas en la célula. - Tienen su propio sistema de producción de energía para sustentar las actividades. Una teoría científica es una manera de interpretar el mundo natural. Surgen de la búsqueda de tendencias en una investigación y sirven para hacer predicciones. La teoría celular es un ejemplo de teoría científica y, como tal, también tiene discrepancias. Músculo estirado: tiene células muchos más grandes, de 30mm. En lugar de un núcleo pueden tener muchos, a veces hasta varios cientos. Hongos: contiene hifas que son estructuras en forma de tubo continuo con numerosos núcleos distribuidos a lo largo. Algas: algunas algas como Acetabularia crecen hasta los 100mm, pero solamente tienen un núcleo. LOS ORGANISMOS UNICELULARES Los organismos unicelulares cuentan con una sola célula para llevar a cabo todas las funciones vitales. Por tanto, su estructura es más compleja. Las funciones son: - Nutrición: obtención de alimento, para obtener energía y materiales para el crecimiento. - Metabolismo: reacciones químicas para producir energía. - Crecimiento: aumento irreversible del tamaño. - Respuesta: reacción a cambios del entorno. - Excreción: eliminación de desecho del metabolismo. - Homeostasis: mantenimiento de las condiciones dentro de los límites tolerables. 1 - Reproducción: descendencia, ya sea asexual o sexual. También tienen un método de movimiento, permanecen en una posición fija o son llevados por las corrientes de agua y aire. LIMITACIONES EN EL TAMAÑO DE LA CÉLULA En el citoplasma ocurren reacciones químicas, conocidas en conjunto como el metabolismo. La tasa de estas reacciones es proporcional al volumen. Para que continúe el metabolismo, las sustancias utilizadas deben ser absorbidas y los productos de desecho eliminados. Las sustancias entran y salen por la membrana plasmática en la superficie. La tasa de cruce de las sustancias depende de su superficie. Por tanto, la relación superficie/volumen es importante. Si la relación es pequeña, las sustancias no entrarán lo suficientemente rápido y los desechos se acumularán. LOS ORGANISMOS MULTICELULARES Los organismos multicelulares están formados por una masa de células fusionadas. Las características del organismo se conocen como propiedades emergentes. Estas surgen de la interacción de las partes componentes de una estructura compleja. El gusano Caenorhabditis elegans es uno de los multicelulares más estudiados. Se compone de 959 células. Vive oculto en materia orgánica en descomposición, alimentándose de las bacterias causantes de la descomposición. Es hermafrodita por lo que cuenta con los órganos reproductivos masculinos y femeninos. Casi un tercio de sus células son neuronas o células nerviosas, la mayoría de ellas situadas en el extremo frontal, formando el cerebro. Este controla las respuestas al entorno, pero no controla el desarrollo de las células. LA DIFERENCIACIÓN CELULAR En los organismos multicelulares, se produce la división de trabajo, en la que diferentes células realizan diferentes funciones (diferenciación). A menudo, un grupo de células se especializa para la misma función: tejido. En el genoma humano hay aproximadamente 25.000 genes, presentes en cada célula del cuerpo. Sin embargo, menos de la mitad serán alguna vez utilizados. Cuando un gen es utilizado, se dice que es expresado. El desarrollo de una célula implica activar y expresar algunos genes, y otros no. La diferenciación celular ocurre porque distintas células expresan diferentes secuencias de genes. Por tanto, el control de la expresión es la clave del desarrollo. LAS CÉLULAS MADRE 2 Preparación simple, no necesita protección. Menor aumento y resolución, capta células y algunas de sus estructuras. 2D(ultraestructuras) Preparación compleja, necesita ser protegida por una lámina de material pesado. Mayor aumento y resolución, capta procesos de células y ultraestructuras. ESTRUCTURA CELULAR PROCARIOTA Las células procariotas no tienen núcleo. Su estructura celular es la más simple, pues fueron los primeros organismos que evolucionaron en la Tierra. Todas tienen membrana celular, pero algunas también poseen una pared celular por fuera. Es mucho más gruesa y fuerte que la membrana y sirve para proteger la célula y mantener la forma. Contiene peptidoglicano. Área continua de citoplasma. Carecen de orgánulos citoplásmicos, excepto los ribosomas. Su estructura es relativamente compleja por los productos bioquímicos y enzimas que hay presentes. ADN en el citoplasma. Su aspecto claro se debe a que no están asociados a proteínas. Esta zona se denomina nucleoide. Se dividen por fisión binaria y utiliza la reproducción asexual. El único cromosoma circular se replica y las dos copias se mueven a los extremos opuestos de la célula. Después se hace la división del citoplasma. Cada una de las células hijas cuenta con una copia del cromosoma, por lo que son genéticamente idénticas. ESTRUCTURA CÉLULA EUCARIOTA Tienen una estructura interna más compleja. También están compartimentadas, es decir, están divididas por tabiques de membrana simple o doble. El núcleo contiene los cromosomas. Los compartimentos se denominan orgánulos, y cada uno tiene una estructura y función específica. Algunas ventajas de la compartimentación son: - Las enzimas y los sustratos de un proceso están más concentrados en su propio compartimento. - Las sustancias que podrían causar daños están contenidas dentro de un orgánulo. Por ejemplo, las enzimas digestivas están almacenadas en los lisosomas. - Algunas condiciones como el pH se mantienen a un nivel ideal para los distintos procesos. - Los orgánulos pueden moverse dentro de la célula. Los principales orgánulos de las células eucariotas son los siguientes: 5 Núcleo: contiene los cromosomas, ADN asociado a proteínas (histonas). Los cromosomas que no están asociados se llaman cromatina. El núcleo es donde se replica y transcribe el ADN para formar ARNm. Retículo endoplasmático rugoso: sacos de membrana aplanados llamados cisternas. Tiene ribosomas adosados al exterior. Sintetiza proteínas que pasan a sus cisternas y son transportadas por vesículas al aparato de Golgi. Aparato de Golgi: formado por cisternas, como el REr, pero no tienen ribosomas adosados, sino que tienen vesículas alrededor. Procesa proteínas y las transporta a la membrana plasmática para su secreción. Mitocondria: rodeadas de membrana doble. La interna forma invaginaciones llamadas crestas mitocondriales. El fluido en su interior se denomina matriz. Producen ATP por respiración celular aeróbica. Lisosoma: tienen una sola membrana. Se forman a partir de vesículas de Golgi. Tienen muchas proteínas, por lo que aparecen densamente teñidos en las micrografías. Contienen enzimas digestivas para descomponer alimentos o orgánulos. Ribosomas: gránulos oscuros. Sintetizan proteínas liberándolas en el citoplasma, donde serán usadas, por ejemplo, como enzimas. Se forman en una región del núcleo llamada nucléolo. Cloroplasto: tienen membrana doble. Dentro hay tilacoides, que son sacos de membrana aplanados. Producen glucosa y otros compuestos por fotosíntesis. Si la fotosíntesis se realiza rápidamente pueden aparecer gránulos de almidón. Vacuolas y vesículas: una sola membrana con líquido dentro. Absorben alimentos del exterior y los digieren en las vacuolas. También expulsan el agua sobrante. Las vesículas se utilizan para transportar materiales por la célula. Microtúbulos y centriolos: fibras cilíndricas. Mueven los cromosomas en la división celular. Tienen estructuras denominadas centriolos, dos grupos de nueve microtúbulos triples. Estos forman un punto de anclaje para los microtúbulos en la división celular. Cilios y flagelos: estructuras en forma de látigo. Contienen un anillo de nueve microtúbulos dobles y dos microtúbulos centrales. Solo hay un flagelo, pero hay numerosos cilios. Ambos se utilizan como medio de desplazamiento. CÉLULAS DE GLÁNDULAS EXOCRINAS DEL PÁNCREAS Las células glandulares secretan sustancias por la membrana plasmática. En el páncreas hay dos tipos de células glandulares: las células endocrinas, que secretan hormonas al torrente 6 sanguíneo; y células exocrinas, que secretan enzimas digestivas al intestino delgado para digerir alimentos. Las enzimas son proteínas, por lo que las células glandulares exocrinas tienen los orgánulos para sintetizar proteínas, transportarlas a la membrana plasmática y secretarlas. Estos son el retículo endoplasmático rugoso y los ribosomas. 1.3 Estructura de las membranas BICAPA DE FOSFOLÍPIDOS Las sustancias atraídas por el agua se denominan hidrofílicas, mientras que las que repelen el agua se llaman hidrofóbicas. Los fosfolípidos tienen una parte de la molécula hidrofílica y otra parte hidrofóbica. Las sustancias con esta propiedad se denominan anfipática. La estructura se representa con un círculo para el grupo fosfato y dos líneas para las cadenas de hidrocarburos. Cuando los fosfolípidos se mezclan con agua, las cabezas de fosfato son atraídas por el agua mientras que las colas de hidrocarburos se atraen mutuamente, permitiendo la formación de capas dobles. Estas capas se llaman bicapas de fosfolípidos, estructuradas con las colas hidrofóbicas mirándose hacia adentro y las cabezas hidrofílicas mirando hacia el agua. Son estructuras estables y forman la base de todas las membranas. MODELOS DE ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS En 1920, Gorter y Grendel extrajeron fosfolípidos de la membrana plasmática de glóbulos rojos. Calcularon el área que ocupaban en lo que pensaban como una monocapa, que era dos veces mayor del área de la membrana, por lo que dedujeron que era una bicapa. Sin embargo, las membranas también contienen proteínas, y Gorter y Grendel no explicaron donde se encontraban. En la década de 1930, Davson y Danielli, propusieron un modelo con capas de proteínas adheridas a la bicapa de fosfolípidos. Explicaban que las membranas constituyen una barrera eficaz para evitar el movimiento de sustancias. En 1950, se observaron en micrografías electrónicas dos líneas oscuras y una banda clara entre ellas, lo que encajaba con su modelo. En 1966, Singer y Nicolson propusieron que las proteínas ocupaban una variedad de posiciones en la membrana. Podían ser periféricas; que están unidas a la superficie externa o interna; o integrales, que están embutidas en la bicapa. Su modelo compara las proteínas con piezas de un mosaico fluido ya que, como los fosfolípidos tienen libertad para moverse, las proteínas también. 7 Las vesículas también se utilizan para liberar materiales. Si la vesícula se fusiona con la membrana, sus contenidos quedan fuera de esta y, por tanto, de la célula. A este proceso se le denomina exocitosis. Secreción: liberación de una sustancia útil La exocitosis también se puede utilizar para expulsar desechos. Por ejemplo, el exceso de agua en organismos unicelulares, como en la vacuola contráctil. DIFUSIÓN SIMPLE La difusión es la propagación en líquidos y gases de partículas en continuo movimiento aleatorio. Se trata de un movimiento neto desde la zona de concentración superior a la de concentración inferior: un movimiento por el gradiente de concentración. No se utiliza energía para la difusión, por lo que es un proceso pasivo. La difusión simple consiste en el paso de partículas entre los fosfolípidos. Solo es posible si la bicapa fosfolípida es permeable a las partículas. Las partículas no polares pueden difundirse fácilmente. Sin embargo, como el centro de las membranas es hidrofóbico, los iones no pueden atravesarlo fácilmente. Las moléculas polares, pueden difundirse en pequeñas cantidades y, así, pasar entre los fosfolípidos. DIFUSIÓN FACILITADA Los iones no pueden difundirse entre los fosfolípidos, pero si pueden hacerlo si hay canales especiales en las membranas plasmáticas. Son orificios estrechos formados por proteínas. La estructura de las proteínas del canal asegura que solamente un tipo de partícula atraviese el agujero. Sirven de ayuda para que las partículas pasen por la membrana de una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Este proceso se denomina difusión facilitada. ÓSMOSIS El agua puede moverse libremente para entrar o salir de la célula. A veces hay más moléculas que se mueven en una dirección u otra. Este movimiento neto se denomina ósmosis. Se trata de un movimiento neto de agua de las regiones con menor concentración de solutos a las regiones con mayor concentración. Este movimiento es pasivo porque no precisa de energía. La ósmosis puede producirse en todas las células, ya que el agua, a pesar de ser hidrofílica, es lo suficientemente pequeña para atravesar la bicapa de fosfolípidos. Algunas células 10 tienen canales de agua llamados acuaporinas que aumentan la permeabilidad de la membrana al agua. TRANSPORTE ACTIVO A veces se absorben sustancias, aunque haya mayor concentración dentro que fuera. La sustancia es absorbida en sentido contrario al gradiente de concentración. También se realiza la expulsión de sustancias a un medio de mayor concentración. Este proceso se denomina transporte activo. Se necesita energía en forma de ATP para llevarlo a cabo, que es producido por cada célula mediante respiración celular. El transporte activo lo llevan a cabo proteínas globulares de las membranas, conocidas como proteínas bomba. Las membranas con muchas células con proteínas bomba pueden controlar el contenido de su citoplasma. Su funcionamiento consiste en dejar entrar a la molécula o ion en la proteína y que llegue a la cámara central. Con el ATP, se cambia la conformación de la proteína. Después, el ion o molécula puede pasar al lado opuesto de la membrana y la proteína bomba vuelve a su conformación original. DIFUSIÓN FACILITADA DE POTASIO EN LOS AXONES Un axón es una parte de la neurona con membrana tubular con citoplasma dentro. Su función es transmitir mensajes de forma eléctrica, mediante impulsos nerviosos. Los impulsos nerviosos implican movimientos rápidos de sodio y potasio a través de la membrana. Estos movimientos se realizan por difusión facilitada. Sin embargo, para que se produzca la difusión facilitada, tiene que haber un gradiente de concentración entre el interior y el exterior del axón, que se consigue por transporte activo de una proteína bomba de sodio-potasio. La bomba sigue un ciclo que se repite y resulta en el bombeo de tres iones de sodio fuera del axón y dos iones de potasio dentro del axón. Cada vez que se completa el ciclo se utiliza una molécula de ATP. Cada canal de potasio tiene cuatro subunidades de proteína. Los iones de potasio que pasan por la proteína, al disolverse, se adhieren a una estructura de moléculas de agua demasiado grandes para pasar por los poros. El ion rompe los enlaces de agua y crea unos enlaces temporales con aminoácidos. Una vez que el ion atraviesa esa parte del poro, vuelve a asociarse a una estructura de agua. Los canales de potasio están controlados por diferencias de potencial. La diferencia se debe a un desequilibrio de cargas positivas y negativas en ambos lados de la membrana, que se conoce como el potencial de la membrana. Si el axón tiene más cargas positivas fuera, se cierran los canales de potasio. En un momento dado, hay más cargas positivas dentro. Esto provoca que los canales se abran, permitiendo a los iones de potasio difundirse. Esto se debe a una subunidad adicional de la proteína globular (bola), conectada por una cadena flexible de aminoácidos. La bola cabe en el poro abierto. 11 Permanece cerrando el canal hasta que este vuelve a su posición original. Mientras que el canal está cerrado por la bola, actúan las bombas de sodio y potasio del transporte activo hasta reestablecer el potencial de la membrana. PREVENCIÓN DE LA ÓSMOSIS EN ÓRGANOS Y TEJIDOS EMPLEADOS EN MEDICINA Las células animales pueden ser dañadas por ósmosis. En una solución con mayor osmolaridad, sale agua y sus citoplasmas se contraen en volumen. En una solución con baja osmolaridad, se absorbe agua por ósmosis y se hinchan. Pueden llegar a reventar, dejando las membranas rotas como fantasmas de glóbulos rojos. En cambio, en una solución isotónica, el agua ni entra ni sale de las células, así que permanecen saludables. Las ventajas de utilizar una solución salina normal son: - Puede introducirse en el goteo al sistema sanguíneo de un paciente con seguridad. - Sirve para lavar heridas y abrasiones. - Mantiene húmedas las áreas dañadas de la piel antes de hacer injertos. - Puede emplearse como base en colirios. - Puede congelarse con consistencia de aguanieve para transportar órganos de donantes. 1.5 El origen de las células LA DIVISIÓN CELULAR Y EL ORIGEN DE LAS CÉLULAS Antes de dividirse, se copió el material genético para que ambas células hijas tuvieran un núcleo completo de genes. Podemos encontrar el origen de las células en el cigoto. Los humanos evolucionamos a partir de especies ancestrales preexistentes, por lo que podemos rastrear los orígenes hasta las primeras células. Por tanto, existe una continuidad de la vida. En 2010, se creó la primera célula artificial. Se había sintetizado la secuencia de bases del ADN de una bacteria con unos pocos cambios deliberados. Este ADN se transfirió a células preexistentes. Este proceso fue una forma extrema de modificación genética. LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA La generación espontánea afirmaba que la formación de organismos se producía a partir de materia no viva. Louis Pasteur demostró que esta teoría no era posible. Preparó un caldo hirviendo agua y demostró que si se guardaba el frasco cerrado no se producían cambios. Colocó un algodón en el tubo para pasar aire filtrando las partículas 12 largas, por lo que se compactan los cromosomas enrollándolos repetidamente con la ayuda de las histonas, mediante la condensación de los cromosomas. Desaparece el nucléolo. Crecen microtúbulos a partir de los centros organizadores de microtúbulos (COMT) para formar una matriz en forma de huso que une los polos. Metafase: los microtúbulos crecen y se conectan a los centrómeros de cada cromosoma, lo que permite que las cromátidas se acoplen a los microtúbulos. Se aplica tensión para comprobar que el acoplamiento es correcto. Para ello se acortan los microtúbulos y, si es correcto, los cromosomas deben permanecer en el ecuador. Anafase: Cada centrómero se divide, separando los pares de cromátidas hermanas. Los microtúbulos las empujan hacia los polos de la célula, por lo que la mitosis produce dos núcleos genéticamente idénticos. Telofase: las cromátidas hermanas están en los polos y ya se denominan cromosomas. Los cromosomas se agrupan cerca del COMT y se forma una membrana celular a su alrededor. Los cromosomas se desenrollan formando el nucléolo. La célula ya se está dividiendo y las células hijas entran otra vez en interfase. CITOQUINESIS La citoquinesis es el proceso de la división celular. Comienza antes de haberse completado la mitosis. Se efectúa de manera diferente en células animales y vegetales. En las células animales, la membrana se va estrechando en el ecuador formando un surco de escisión. Para ello se utiliza un anillo de proteínas contráctiles, la actina y la miosina. El anillo se va estrechando y estrangula la célula, separándola en dos células hijas. LAS CICLINAS Y EL CONTROL DEL CICLO CELULAR Las ciclinas son las responsables controlas que las etapas del ciclo celular se realizan en el momento correcto y que la célula solo pasa de fase cuando es oportuno. Las ciclinas se acoplan a unas enzimas llamadas quinasas dependientes de ciclinas. Estas se activan y añaden grupos de fosfato a otras proteínas. El acoplamiento de fosfato activa otras proteínas, que llevan a cabo tareas específicas del ciclo celular. Existen cuatro tipos de ciclinas. La célula no pasa a la siguiente fase del ciclo celular hasta que las ciclinas alcanzan un determinado umbral de concentración. Así pues, las ciclinas controlan el ciclo y garantizan que las células se dividan solo cuando se necesitan nuevas células. EL CÁNCER Y LA FORMACIÓN DE TUMORES 15 Los tumores son grupos anormales de células. Pueden ser benignos, las células se adhieren entre sí y no invaden otros tejidos o malignos, las células se desprenden y se desplazan a otros tejidos formando tumores secundarios. Los tumores malignos suponen un riesgo para la vida. Las enfermedades causadas por este tipo de tumores se conocen como cáncer. Están causadas por agentes carcinógenos, porque los tumores malignos son carcinomas. Son carcinógenos todos los agentes que causen mutaciones genéticas, como los mutágenos. Las mutaciones son cambios aleatorios en la secuencia de bases de los genes. En una célula normal, participan en el control del ciclo celular y la división celular. Por ello, las mutaciones de estos genes causan la división incontrolada de células, que acaba formando tumores. TABAQUISMO Y CÁNCER Una correlación es una relación entre dos factores variables. Puede ser positiva, cuando aumentan o disminuyen juntos; o negativa, cuando uno de los factores aumenta y el otro disminuye. El consumo de cigarrillos y la mortalidad por cáncer comparten una correlación positiva. Las investigaciones muestran aumentos en el índice de mortalidad a causa de cánceres de boca, faringe, laringe y pulmón. También existe una correlación positiva entre el tabaquismo y los cánceres de esófago, estómago, riñón, vejiga, páncreas y cuello uterino. 16