Unidad 1: Tópicos de Ecología
Ecología: Es el estudio científico de las interacciones que regulan la distribución y abundancia de los organismos.
Los Niveles de organización que se incluyen en el concepto de ecología:
• Organismo
• Población
• Comunidad
• Ecosistema
• Bioma
En el nivel organismo, la ecología se preocupa de su ecofisiología, adaptaciones ecológicas, ecología evolutiva y ecología conductual. A nivel poblacional se preocupa del crecimiento poblacional, regulación poblacional, tablas de vida, estrategias de historia de vida, dispersión, migración, selección de hábitat, variación espacial y las interacciones que se pueden generar (depredación, parasitismos, etc.). La ecología de comunidades se preocupa de la biogeografía de Islas, diversidad especies, sucesión ecológica, estabilidad y perturbaciones de éstas. Ecología de Ecosistemas: flujo de energía, productividad y ciclos biogeoquímicos y por último, la Ecología Aplicada: La extinción, contaminación, organismos indicadores, conservación, control de plagas, máximo rendimiento sostenible, entre otras cosas.
Tipos de Nutrición
Las células deben suministrarse nutrientes de una u otra forma, para llevar a cabo las funciones que les son características.
Los animales y vegetales difieren en cuanto a los tipos de sustancias que necesitan del medio ambiente, los que serán utilizados como materiales para crecer, desarrollarse y reparar estructuras; además, de la energía para llevar a cabo las funciones vitales. Para esto, deben existir mecanismos para el suministro de energía y, también, para ser transformada en energía química almacena en los enlaces.
Dependiendo de la forma en que obtiene energía, los organismos se clasifican en:
1. Autótrofos
2. Heterótrofos
1. Nutrición autótrofa (la que llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento). Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz (Fotosintéticos) o sustancias químicas (Quimiosintéticos) como fuente de energía.
Estos a su vez pueden dividirse en:
• Fotolitoautótrofos: Plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis para producir su alimento.
• Quimiolitotróficos: Son bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como fuente producción de energía.
2. Nutrición heterótrofa (la que llevan a cabo aquellos organismos que necesitan de otros para vivir). Los organismos heterótrofos (del griego "hetero", otro, desigual, diferente y "trofo", que se alimenta), en contraste con los autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los organismos heterótrofos se encuentra multitud de animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos.
Según el origen de la energía que utilizan los organismos heterótrofos, pueden dividirse en:
• Fotoorganotrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de pseudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno.
• Quimiorganotrofos: utilizan la energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del reino de los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias
Los seres heterótrofos dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos, porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas proceden, en última instancia, de los seres autótrofos que comieron sus presas.
Los heterótrofos pueden ser de dos tipos fundamentalmente: Consumidores, o bien saprótrofos y descomponedores.
Fotosíntesis: Captación de Energía solar en moléculas de alimentos
La energía lumínica es capturada por los organismos fotosintéticos quienes la usan para formar carbohidratos y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y del agua, en una serie compleja de reacciones. En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en energía química y el carbono se fija en compuestos orgánicos. La ecuación generalizada para este proceso es:
6CO2 + 6H2O + energía lumínica => C 6H 12 O 6 + 6O 2
Hace unos 200 años se demostró que se requiere luz para este proceso. La evidencia de que la fotosíntesis puede ser influenciada por distintos factores llevó a distinguir una etapa dependiente de la luz -o de las reacciones "lumínicas"- y una etapa enzimática, independiente de la luz.
Aproximaciones Experimentales:
En 1648, Van Helmont hizo un experimento que, que en pocas palabras, consistió en masar (poner en una balanza y medir sus Kg.) un sauce nuevo y la tierra en que se lo plantó, para luego comparar estas masas con aquellas que tenían el sauce y la tierra luego de 5 años de regarlo con agua pura (Fig. 1). Considerando la hipótesis de que las plantas aumentaban en masa por incorporación de materia del suelo, llamó la atención que la disminución de la masa de la tierra fue muchísimo menor que el incremento de la masa experimentado por la planta. ¿De dónde provenía el resto de la materia que incorporó la planta?
Fig. 1
Van Helmont supuso, equivocadamente, que provenía del agua. Hoy consta que las moléculas orgánicas de las plantas aparecen marcadas radiactivamente cuando se marca el carbono del anhídrido carbónico del aire, lo que significa que la fabricación de moléculas orgánicas, como la glucosa, usa como materia prima el carbono del aire. Decimos que éste es fijado en moléculas de glucosa.
Fig. 2
En 1772, J. Priestley observó que una vela encerrada en una campana de cristal no se apagaba si la acompañaba una planta (Fig. 2), siempre y cuando ésta estuviese iluminada; y que un ratón, en las mismas condiciones, no moría asfixiado. Concluyó que las plantas liberan el oxígeno, pero siempre y cuando reciban luz
¿De dónde proviene el oxígeno liberado por las plantas?
En experimentos en que se marcan, separadamente, el oxígeno del CO2 y el del H2O, se observa que la marca radioactiva sólo aparece en el O2 liberado cuando ha sido hecha en el agua, por lo que se concluye que los átomos de oxígeno que la planta libera como oxígeno molecular provienen de la molécula de agua.
Pigmentos Fotosintéticos
Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes de onda y, por tanto, nos parecen negros. Otros solo absorben ciertas longitudes de onda y transmiten o reflejan las longitudes de onda que no absorben. Los pigmentos fotosintéticos son moléculas vegetales que absorben la energía solar y se ubican en las membranas tilacoidales de los cloroplastos en las plantas.
La clorofila (Fig. 3) es el pigmento más abundante en las plantas, absorbe la radiación correspondiente al violeta azul y al naranjo – rojo y refleja la radiación correspondiente al verde, razón por la cual las plantas se ven verdes.
Fig. 3: La clorofila es una molécula formada por 4 anillos porfirínicos (de carbono y nitrógeno) y un átomo de magnesio central. Existe la clorofila a y b en vegetales superiores, y en algas y bacteria existen otras clorofilas (c – d).
Fig. 4
Los carotenoides son pigmentos rojos, anaranjados o amarillos. En las hojas verdes su color está enmascarado por las clorofilas, que son más abundantes al igual que las ficobilinas de algas rojas y cianobacterias. En algunos tejidos, sin embargo, como los del tomate maduro, predominan los colores reflejados por los carotenoides. Lo mismo ocurre en la células foliares cuando dejan de sintetizar clorofila en otoño.
Cuando un pigmento absorbe un fotón o cuanto de luz, un electrón de la molécula de pigmento es lanzado a niveles superiores de energía y alcanza un estado excitado. Este estado de excitación puede mantenerse solo por periodos muy cortos, de alrededor de una millonésima de segundo o incluso menos. La energía de excitación puede:
• Disiparse como calor
• Reemitirse de inmediato como energía lumínica de mayor longitud de onda, fenómeno que se conoce como fluorescencia.
• Provocar una reacción química, como ocurre en la fotosíntesis.
Las membranas fotosintéticas: los tilacoides
Fig. 5
Dentro del cloroplasto, rodeando los tilacoides, hay una solución densa, el estroma que, al igual que la matriz de la mitocondria, difiere en su composición química de la del citoplasma. Las membranas de los tilacoides delimitan compartimientos internos interconectados que forman un espacio continuo. Este espacio tilacoide contiene una solución de composición también diferente.
Con el microscopio óptico, con el empleo de un gran aumento, es posible ver pequeñas manchas verdes dentro de los cloroplastos de las hojas. Los primeros microscopistas las llamaron grana. Con el microscopio electrónico puede verse que las granas son pilas de tilacoides.
Todos los tilacoides de un cloroplasto están orientados en forma paralela entre sí. Así, cuando el cloroplasto se desvía hacia la luz, orienta en forma simultánea sus millones de moléculas de pigmento como antenas electromagnéticas en miniatura y de este modo logra una recepción máxima.
Las etapas de la fotosíntesis
Hace unos 200 años se demostró que la fotosíntesis requiere luz. Hoy sabemos que en la fotosíntesis pueden distinguirse dos etapas: la etapa dependiente de luz, llamada reacciones “lumínicas”, y la etapa independiente de luz o “enzimática”, mal llamada reacciones oscuras. Los términos reacciones lumínicas y oscuras han creado mucha confusión, pues aunque las reacciones oscuras no requieren luz como tal, sino sólo los productos químicos de las reacciones lumínicas, pueden ocurrir tanto en la luz como en la oscuridad. Más aún, algunos estudios han mostrado que varias enzimas claves que controlan las reacciones independientes de luz, son reguladas indirectamente por la luz. Como resultado, en la actualidad se usan términos, que describen con más precisión los procesos que ocurren durante cada etapa de la fotosíntesis: Las reacciones dependientes de luz y las reacciones que fijan carbono.
A lo largo de estas etapas se producen reacciones de oxidoreducción:
Fig. 6
• En la primera etapa de la fotosíntesis, la de las reacciones dependientes de luz, la luz es absorbida por las moléculas de clorofila a, compactadas en las membranas tilacoidales. Los electrones de las moléculas de clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores y se mueven a lo largo de la membrana tilacoidal por una cadena de moléculas transportadoras de electrones hasta que llegan al aceptor final, el NADP+. El NADP+ se reduce al recibir dos electrones y un protón y forma NADPH. El transporte de electrones está acoplado al movimiento de protones desde el estroma hasta el interior del tilacoide. Cuando los protones retornan al estroma, impulsados por el gradiente de potencial electroquímico (Fig. 6), a través de canales específicos, se sintetiza ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). En esta primera etapa de la fotosíntesis, también se escinden (rompen) moléculas de agua, que suministran electrones que reemplazan a los que han sido lanzados desde las moléculas de clorofila a. La escisión de las moléculas de agua produce oxígeno libre que se difunde hacia el exterior. La primera etapa puede resumirse de la siguiente manera:
Luz, clorofila, 12H2O + 12NADP+ +18ADP + 18 Pi → 6O2 + 12NADPH + 18 ATP.
• En las reacciones que fijan carbono, El ATP y El NADPH formados en la primera etapa reducen el carbono del CO2 a un azúcar simple, la glucosa (C6H12O6). Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP y NADPH se transfiere a moléculas que transportan y almacenen energía en las células de las algas o las plantas. Como resultado de este proceso se forma un esqueleto de carbono a partir del cual puede construirse una variedad de moléculas orgánicas (Ej: Almodón y celulosa). La incorporación inicial de CO2 en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono. Los pasos por los cuales se lleva a cabo tiene lugar en el estroma del cloroplasto. Esta etapa puede resumirse como sigue:
12NADPH +18 ATP +6CO2 → C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi + 6H2O
Fase Dependiente de Luz
Si resumiéramos el papel de la energía lumínica que desempeña en la fotosíntesis, podríamos afirmar lo siguiente:
• La energía lumínica destruye las moléculas de agua, con lo que los electrones e hidrógenos de ésta quedan a disposición de la célula, mientras que sus átomos de oxígeno se liberan como oxígeno molecular.
• La energía lumínica es absorbida por los átomos de los pigmentos, especialmente de la clorofila, con lo que sus electrones “saltan” a estados elevados de energía, pasando a otras moléculas que quedan como dadoras de electrones.
• La energía que liberan esos electrones se utiliza para fabricar ATP.
La ruptura de las moléculas de agua por efecto de la luz, se conoce como Fotólisis del agua. Las asociaciones entre pigmentos fotosintéticos y moléculas aceptoras /dadoras de electrones se conocen como Fotosistemas y se hallan incrustadas en las membranas tilacoidales.
Los electrones que han saltado desde un átomo de magnesio de la clorofila hacia estados de alta energía, en un Fotosistema llamado Fotosistema II, se devuelve a niveles bajos de energía, pasando por una cadena transportadora de electrones, a otro Fotosistema, llamado Fotosistema I, donde otra molécula de clorofila ha sido despojada de un electrón, por efecto de la luz. El paso de los electrones por la cadena transportadora genera ATP, de una forma explicada por la teoría quimiosmótica. Esta síntesis de ATP, se conoce como Fotofosforilación.
Los electrones que la clorofila cede en el Fotosistema II, son reemplazos por los electrones de agua, mientras que los que cede la clorofila en el Fotosistema I lo son, por los que vienen en la cadena transportadora desde el Fotosistema II. Los electrones que saltan desde la clorofila del Fotosistema I, pasan a moléculas que quedan convertidas en dadores de electrones. Ellas transfieren estos electrones, finalmente, a la molécula de NADP+ que, además, se unen a protones liberados por el agua, formándose NADPH.
La importancia biológica de este proceso, es la posibilidad de la célula de organizar grupos de enzimas en la superficie de los sistemas internos de membrana.
Precisando, el proceso comienza cuando las partículas de luz, los fotones, impactan a moléculas de clorofila y estimulan sus electrones, pasándolos a niveles de energía más altos, es decir, a órbitas más lejanas del núcleo atómico. Este evento, se describe a continuación en etapas:
1. El fotón impulsa un electrón hacia un nivel energético superior.
2. Cuando pasa un nivel más alto, el electrón absorbe la energía proporcionada por el fotón y queda activado.
3. En algunas sustancias, los electrones activados vuelven a sus niveles de energía originales, liberando la energía absorbida del fotón en forma de calor o luz roja. Esta emisión de luz visible, mientras la materia es activada por radiaciones de longitud onda corta, se denomina fluorescencia.
4. En otras sustancias como la clorofila el electrón activado abandona el átomo, dejándolo transformado en un Ion con carga positiva; esto es, precisamente, lo que ocurre en la fotosíntesis.
Fotosistemas
En las membranas de los Tilacoides, las moléculas pigmentarias se agrupan en unidades, llamadas Fotosistemas, que constan de varios centenares de moléculas de clorofila, carotenoides, citocromos y otros transportadores de electrones. Las moléculas de los fotosistemas al ser activadas, pasan de una a otra sus emisiones energéticas (Fig. 7).
Existen dos fotosistemas:
• El Fotosistema I contiene clorofila a, denominada p 700 porque la luz que mejor absorbe tiene una longitud de onda de 700 nanómetros
• El Fotosistema II posee otra forma especial de clorofila a P680, pues absorbe mayoritariamente esta longitud de onda.
Fig. 7
Todos los pigmentos fotosintéticos actúan como antenas que absorben energía lumínica y la transfieren hacia los centros de reacción constituidos por moléculas de P700 y P680. Así las moléculas de clorofila a resultan activadas e inician la transferencia de electrones a lo largo de una cadena transportadora de éstos. Durante el trayecto, los electrones ceden parte de la energía, energía que es utilizada para producir ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). Esta reacción ha sido llamada Fotofosforilación.
Los electrones pasan desde el aceptor de electrones primario, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, a un nivel de energía inferior, el centro de reacción del Fotosistema II. A medida que pasan a lo largo de esta cadena de transporte de electrones, parte de su energía se empaqueta en forma de ATP. La energía lumínica absorbida por el Fotosistema I lanza los electrones a otro aceptor primario de electrones. Desde este aceptor son transferidos mediante otros transportadores de electrones al NADP+ para formar NADPH. Los electrones eliminados del Fotosistema I son reemplazados por los del Fotosistema II.
El ATP y el NADPH representan la ganancia neta de las reacciones que capturan energía. Para generar una molécula de NADPH, deben ser lanzados dos electrones desde el Fotosistema II y dos del Fotosistema I. Se escinden dos moléculas de agua para formar protones y gas oxígeno, poniendo en disponibilidad los dos electrones de reemplazo necesarios para el Fotosistema II. Se regenera una molécula de agua en la formación de ATP.
Fase independiente de Luz o enzimática
Esta segunda etapa de la fotosíntesis tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y consta de una serie de reacciones “termoquímicas”, en las cueles el ATP y el NADPH, son utilizados para reducir el CO2 a carbohidratos.
La fase oscura forma el Ciclo de Calvin. El CO2 absorbido por la planta, se combina con u azúcar de cinco carbonos (ribosa), el RuDP (di fosfato ribulosa), proceso denominado fijación del CO2. La molécula resultante, de seis carbonos, es inestable y se rompe para formar dos moléculas de PGA (Ácido fosfoglicérido), cada una de las cuales recibe un segundo fosfato (del ATP procedente de la fase luminosa), convirtiéndose en PGAP (ácido difosfoglicerido).
Estas moléculas son reducidas luego a PGAL (aldehído fosfoglicérido) por el NADPH generado en las reacciones luminosas, liberándose un grupo fosfato. Algunas moléculas de PGAL reconstruyen el RuDP necesario para comenzar el ciclo de Calvin.
Las restantes moléculas de PGAL abandonan el ciclo y sirven de base para la síntesis de glucosa y otros hidratos de carbono.
La ecuación general para la serie de reacciones requeridas para la síntesis de la glucosa es:
6 RuBP + 6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12H+ + 6H2O → 6RuBP + glucosa + 18Pi + 18ADP + 12NADP+
Fig. 8
FACTORES QUE AFECTAN LA TASA FOTOSINTÉTICA.-
I. FACTORES INTERNOS:
a. Estructura de la hoja: influye en la cantidad de anhídrido carbónico que llega a los cloroplastos; incluyen tamaño, posición y número de estomas, tamaño de los espacios intercelulares.
b. Productos de la fotosíntesis: al aumentar los productos en las células de la hoja, disminuye la tasa fotosintética por un proceso químico llamado inhibición por producto.
c. Protoplasma o Citoplasma: si el protoplasma carece de agua se deshidrata y la fotosíntesis disminuye, también cuando las reacciones enzimáticas están alteradas.
II FACTORES EXTERNOS
a. Temperatura: si la intensidad luminosa es apropiada y el suministro de dióxido es normal, las plantas terrestres aumentan la tasa de Fotosíntesis con la temperatura hasta los 25º C. Sobre este valor desciende.
b. Luz: con temperatura y dióxido adecuados, la Fotosíntesis aumenta con la intensidad lumínica hasta un punto llamado intensidad luminosa óptima, luego disminuye.
c. Anhídrido carbónico: el CO2 difunde desde la atmósfera, en donde un 0,03 % corresponde a su concentración, a los espacios intercelulares y de allí a los cloroplastos.
El CO2 limita la tasa fotosintética, si aumenta su concentración aumenta la F., pero por corto tiempo. Luego, las plantas presentan daño por intoxicación, descendiendo.
d. Agua: es absorbida por los pelos radicales de las raíces, desde el suelo y conducida hacia las hojas por el xilema. Sólo el 1 o 2 % del agua absorbida es utilizada por la planta y el resto es evapotranspirado. La tasa fotosintética puede variar por pequeñas diferencias del contenido de agua.
e. Minerales: la falta de minerales, especialmente nitrógeno, magnesio o fierro, baja la tasa fotosintética por que son indispensables para la síntesis de clorofilas a y b. Si hay deficiencias de minerales, las hojas se tornan amarillas y opacas; esta anomalía se denomina clorosis.
Vocabulario:
Oxidación: Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos pierden e-
Reducción: Se refiere a la media reacción donde un átomo o un grupo de átomos ganan e-
Agente Oxidante: Es la sustancia que se reduce (gana e-) provocando la oxidación.
Agente Reductor: Es la sustancia que se oxida (pierde e-) provocando la reducción.
jueves, 15 de diciembre de 2011
martes, 13 de diciembre de 2011
EVOLUCION HUMANA
La variabilidad de los grupos humanos se explica a partir del análisis de grupos taxonómicos que le precedieron en el tiempo y que surgen de una línea evolutiva de los primates.
La clasificación de los organismos puede basarse en ancestros comunes. Si todos los subgrupos de un nivel taxonómico tienen un mismo ancestro, se denominan MONOFILÉTICOS; si provienen de varias líneas evolutivas, se llaman POLIFILÉTICOS. Por ejemplo, se cree que los mamíferos evolucionaron de tres grupos de reptiles del Triásico.
El actual sistema científico de clasificación se basa en el propuesto en 1735 por LINNEO. El reino concibe al philum en animales y división para vegetales; se subdividen en clases, que contienen a los orden que agrupan a varias familias, estos incluyen a los géneros. El género tiene a varias especies.
Los primeros representantes de la clase mamíferos surgieron hace 200 millones de años; eran carnívoros y semejantes a un ratón, de hábitos nocturnos y habitaban en un ambiente reptilezco. Hace 65 millones de años se originaron 3 grupos diferentes: los MONOTREMAS, los MARSUPIALES y los PLACENTARIOS. De este último grupo surgen los primates.
Los PRIMATES se caracterizan por tener orbitas oculares redondeadas, cinco dedos, pulgar oponible, las uñas dejan libre la zona táctil (característica que favoreció la motricidad fina)
Los primeros primates tenían tendencia de los ojos a una posición frontal y, por lo tanto, a una visión estereoscópica; tendencia a la posición erguida. El orden primates se divide en dos familias: prosimios (lemures, társidos y tupaideos), y primates superiores o antropoides (monos del viejo y nuevo mundo, homínidos).
Los HOMÍNIDOS agrupan a los antropomorfos o póngidos y al Hombre. Según L. S. Leakey de un fósil del Mioceno, denominado Dryopithecus o procónsul surgen dos líneas evolutivas: una dio origen a los póngidos y otra al Ramapithecus, un supuesto antepasado del hombre.
El Ramapithecus es un homínido que surgió entre unos 10 y 15 millones de años atrás. Su arcada dental era pequeña y ancha, se alimentaba de semillas , de estatura baja y con tendencia a la posición erecta. Pesaba entre 20 y 40 kilos, tenía gran capacidad para la braquiación, pero también descendía al suelo a buscar su alimento.
En el proceso de HOMINIZACIÓN existen 4 fases: la prehumana, representada por el género Australopithecus, la protohumana, representada por Homo habilis; la fase humana antigua, correspondiente a homo erectus; y la humana moderna, correspondiente a Homo sapiens. El proceso es lento a partir de su separación de la línea ancestral.
EL PROCESO EVOLUTIVO HUMANO
A la luz de nuestro conocimiento actual, podemos esbozar la posible historia evolutiva que culminó con la aparición de los homínidos y, finalmente, con nuestra propia aparición como especie.
A partir de pequeños mamíferos arborícolas representados por el pequeño Purgatorius considerado como el primer Primate, que sobrevivieron a la masiva extinción de especies del Jurásico, a finales del Mesozoico, surgirá el grupo nuevo de los Primates, que se extenderá por el Viejo Mundo y llegará, aún no sabemos muy bien cómo, hasta América del Sur. Serán animales fundamentalmente arborícolas y de dieta vegetariana.
A mediados del Cenozoico, hace unos 35 millones de años, se va a producir un cambio climático en África, una aridificación del clima, que va a dar lugar a un retroceso de las selvas - menos árboles-, que van a dejar paso a unos paisajes más abiertos, herbáceos, con árboles más pequeños diseminados por el territorio, las sabanas. Ante la pérdida de cobertura arbórea, los Primates se verán obligados a bajar al suelo, para desplazarse de un árbol a otro o para buscar alimentos, apareciendo individuos que se van a ir moviendo en el suelo cada vez con más soltura mientras otros van a seguir ligados a los árboles.
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Al bajar al suelo se va a producir un cambio en la alimentación, apareciendo, por un lado, individuos que se alimentarán de raíces y semillas, alimentos más duros que les harán desarrollar una dentadura más potente, originándose la línea evolutiva de los parantropos y los australopitecos, de cráneos robustos por la especialización alimentaria; por otro lado surgirán otros homínidos que comenzarán a comer carne, tal vez primero carroña y restos dejados por los predadores, pero luego por caza directa y activa que dará otra línea de homínidos representado por Australopithecus africanus en primer lugar, y por el género Homo, a continuación.
El problema de los predadores debió ser muy importante para los primates que bajaban al suelo, donde eran más vulnerables, por lo que la capacidad de incorporarse sobre las patas traseras para ver mejor su entorno, y por tanto para ver venir a los predadores, debió ser una importante característica que otorgaría una mayor supervivencia a los individuos que lo hicieran, surgiendo el bipedismo que, por el estudio de las huellas de Laetoli de hace unos 3,5 millones de años, podemos decir que ya lo presentaba Australophitecus afarensis aún vegetariano, y después de él todos los demás homínidos.
El bipedismo dio, además, la posibilidad de tener las "manos" libres para poder manipular objetos, palos y piedras, adquiriendo entonces una enorme ventaja con respecto a otras especies competidoras de los primeros homínidos. La manipulación hace aumentar el tamaño cerebral, ya que se requiere mucha corteza motora y sensitiva, y esto permitirá desarrollar inteligencia, emociones y capacidad de hablar y comunicarse, a lo largo de un proceso iniciado en Homo habilis que concluirá con la aparición de nuestra especie, el Homo sapiens, que ha sido, en definitiva, la especie que ha terminado dominando nuestro planeta, y ha iniciado su expansión hacia otros planetas de nuestro entorno.
EL INICIO: LOS PRIMATES
Los pasos evolutivos explicados en la página anterior quedan puestos de manifiesto con el descubrimiento de fósiles de primates y homínidos que nos permiten reconstruir su aspecto y sus transformaciones, aunque hay partes aún oscuras en nuestra historia evolutiva.
Homínidos = Miembros de la línea evolutiva humana, Ardipithecus, Australopithecus, Paranthropus, y Homo (línea separada de la de los gorilas y chimpancés).
La primera prueba de la existencia de primates que se mueven por el suelo la tenemos en el Aegyptopithecus, una especie de mono que podía andar a cuatro patas en el suelo y que vivió en lo que hoy es Egipto hace unos 30 millones de años, cuando estaban desapareciendo las selvas que hasta entonces habían cubierto toda África.
En el período de hace entre 25 y 5 millones de años va a surgir una nueva línea evolutiva, la de los hominoideos, a partir de un antepasado común al que se ha llamado Procónsul, a partir del cual se van a diversificar los primates extendiéndose además por todo el Viejo Mundo (África, Europa y Asia), surgiendo los antepasados de los gibones, de los orangutanes, de los gorilas y chimpancés, y de la especie humana. De ese período comprendido entre los 25 y los 5 millones de años atrás sabemos muy poco respecto a nuestros antepasados, ya que hemos encontrado muy pocos fósiles, pero en ese período se produjo el afianzamiento de la línea que culminará con los homínidos
Hominoideos = Monos antropomorfos (gibones, orangutanes, gorilas y chimpancés) más la especie humana.
LA CONTINUACIÓN: LOS HOMÍNIDOS
El primer homínido como tal lo constituyen unos fósiles encontrados en Etiopía que se han atribuido a la especie Ardipithecus ramidus, algo parecido a un chimpancé que vivió hace unos 4,4 millones de años en zonas arboladas, alimentándose de hojas y frutos. Aunque no está del todo claro, este homínido, a medida que se fue aventurando a las zonas menos arboladas de sabana, debió terminar originando un nuevo tipo de homínidos, los Australopithecus cuyos primeros fósiles son de hace unos 4 millones de años, el Australopithecus anamensis, y que se alimentaban sobre todo de raíces y semillas del suelo, más duras que las hojas y frutos de los árboles, por lo que necesitó una dentadura mucho más desarrollada que Ardipithecus. A. anamensis se desarrolló para dar lugar a un pequeño homínido totalmente bípedo y que tal vez empezó a carroñear por los espacios abiertos de sabana, el Australopithecus afarensis.
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Los Australopithecus se extendieron por toda el África oriental en los ecosistemas abiertos de sabana, a lo largo del Valle del Rift y por zonas adyacentes, diversificándose y originando aparentemente dos líneas evolutivas:
- una, la de los parantropos constituido por Paranthropus (Australopithecus) boisei y Paranthropus (Australopithecus) robustus, homínidos de gran tamaño, vegetarianos, que presentan un cráneo muy robusto, con huesos anchos que sujetaban una potente musculatura facial para masticar raíces y semillas muy duras
- y otra, la de Australopithecus africanus, más grácil, cazador y carnívoro, que representaría la línea de éxito que culminaría con la aparición de un nuevo tipo de homínidos, el género Homo, nuestro propio género, no sabemos si directamente, o a través de algún antepasado que aún no conocemos.
La principal característica de los primeros Homo, el Homo habilis, va a ser la capacidad de obtener utensilios manipulando ciertas materias primas; no está claro si este Homo fue el primero en hacerlo, o si los últimos Australopithecus africanus ya fabricaban herramientas, pero el cerebro de Homo habilis aumentó Neandertal emente, iniciando un proceso que acabará con nuestra aparición en escena.
Homo habilis fue un cazador de la sabana que nunca llegó a salir de África, especializándose cada vez más, originando una nueva especie, el grupo de Homo ergaster, que dará al Homo erectus, el cazador más eficaz y especializado surgido hasta ese momento; tal fue su éxito evolutivo que abandonó por primera vez el continente africano, llegando a Europa a través de Gibraltar y desde el Cáucaso, y extendiéndose por Asia, donde seguirá viviendo aún cuando haya desaparecido de África y de Europa. H. erectus fabricará utensilios más elaborados y conocerá el fuego como una ayuda más en su vida.
EL FINAL: LA ESPECIE HUMANA
Homo erectus evolucionará en África hacia una nueva especie que ha sido descrita del yacimiento burgalés de Atapuerca, el Homo antecessor, que surgió en África y pasó a Europa, siguiendo dos caminos evolutivos diferentes en ambos continentes:
- en Europa, en plena época glacial, dará lugar, a través de un homo intermedio, el Homo heidelbergensis, a una especie adaptada a una climatología muy adversa, fría, con una flora reducida y una fauna también muy adaptada, será el Homo neanderthalensis, el hombre de Neandertal, el primer humano verdadero, experto cazador que cuidaba a sus hijos y ancianos, enterraba a sus muertos y fue capaz de construir herramientas mucho más precisas
- en África, en un ambiente radicalmente diferente, surgirá otra especie, el Homo sapiens, nuestra especie, que en unos pocos miles de años se extenderá por todos los continentes, ocupando todos los ecosistemas y desplazando a las otras especies con que coexistió, tal vez a H. erectus en Asia, y a H. neanderthalensis en Europa, cuyo retroceso va a ir a la par que la expansión del H. sapiens, encontrándose precisamente en el sur de la península Ibérica los últimos reductos del hombre de Neandertal.
La clasificación de los organismos puede basarse en ancestros comunes. Si todos los subgrupos de un nivel taxonómico tienen un mismo ancestro, se denominan MONOFILÉTICOS; si provienen de varias líneas evolutivas, se llaman POLIFILÉTICOS. Por ejemplo, se cree que los mamíferos evolucionaron de tres grupos de reptiles del Triásico.
El actual sistema científico de clasificación se basa en el propuesto en 1735 por LINNEO. El reino concibe al philum en animales y división para vegetales; se subdividen en clases, que contienen a los orden que agrupan a varias familias, estos incluyen a los géneros. El género tiene a varias especies.
Los primeros representantes de la clase mamíferos surgieron hace 200 millones de años; eran carnívoros y semejantes a un ratón, de hábitos nocturnos y habitaban en un ambiente reptilezco. Hace 65 millones de años se originaron 3 grupos diferentes: los MONOTREMAS, los MARSUPIALES y los PLACENTARIOS. De este último grupo surgen los primates.
Los PRIMATES se caracterizan por tener orbitas oculares redondeadas, cinco dedos, pulgar oponible, las uñas dejan libre la zona táctil (característica que favoreció la motricidad fina)
Los primeros primates tenían tendencia de los ojos a una posición frontal y, por lo tanto, a una visión estereoscópica; tendencia a la posición erguida. El orden primates se divide en dos familias: prosimios (lemures, társidos y tupaideos), y primates superiores o antropoides (monos del viejo y nuevo mundo, homínidos).
Los HOMÍNIDOS agrupan a los antropomorfos o póngidos y al Hombre. Según L. S. Leakey de un fósil del Mioceno, denominado Dryopithecus o procónsul surgen dos líneas evolutivas: una dio origen a los póngidos y otra al Ramapithecus, un supuesto antepasado del hombre.
El Ramapithecus es un homínido que surgió entre unos 10 y 15 millones de años atrás. Su arcada dental era pequeña y ancha, se alimentaba de semillas , de estatura baja y con tendencia a la posición erecta. Pesaba entre 20 y 40 kilos, tenía gran capacidad para la braquiación, pero también descendía al suelo a buscar su alimento.
En el proceso de HOMINIZACIÓN existen 4 fases: la prehumana, representada por el género Australopithecus, la protohumana, representada por Homo habilis; la fase humana antigua, correspondiente a homo erectus; y la humana moderna, correspondiente a Homo sapiens. El proceso es lento a partir de su separación de la línea ancestral.
EL PROCESO EVOLUTIVO HUMANO
A la luz de nuestro conocimiento actual, podemos esbozar la posible historia evolutiva que culminó con la aparición de los homínidos y, finalmente, con nuestra propia aparición como especie.
A partir de pequeños mamíferos arborícolas representados por el pequeño Purgatorius considerado como el primer Primate, que sobrevivieron a la masiva extinción de especies del Jurásico, a finales del Mesozoico, surgirá el grupo nuevo de los Primates, que se extenderá por el Viejo Mundo y llegará, aún no sabemos muy bien cómo, hasta América del Sur. Serán animales fundamentalmente arborícolas y de dieta vegetariana.
A mediados del Cenozoico, hace unos 35 millones de años, se va a producir un cambio climático en África, una aridificación del clima, que va a dar lugar a un retroceso de las selvas - menos árboles-, que van a dejar paso a unos paisajes más abiertos, herbáceos, con árboles más pequeños diseminados por el territorio, las sabanas. Ante la pérdida de cobertura arbórea, los Primates se verán obligados a bajar al suelo, para desplazarse de un árbol a otro o para buscar alimentos, apareciendo individuos que se van a ir moviendo en el suelo cada vez con más soltura mientras otros van a seguir ligados a los árboles.
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Al bajar al suelo se va a producir un cambio en la alimentación, apareciendo, por un lado, individuos que se alimentarán de raíces y semillas, alimentos más duros que les harán desarrollar una dentadura más potente, originándose la línea evolutiva de los parantropos y los australopitecos, de cráneos robustos por la especialización alimentaria; por otro lado surgirán otros homínidos que comenzarán a comer carne, tal vez primero carroña y restos dejados por los predadores, pero luego por caza directa y activa que dará otra línea de homínidos representado por Australopithecus africanus en primer lugar, y por el género Homo, a continuación.
El problema de los predadores debió ser muy importante para los primates que bajaban al suelo, donde eran más vulnerables, por lo que la capacidad de incorporarse sobre las patas traseras para ver mejor su entorno, y por tanto para ver venir a los predadores, debió ser una importante característica que otorgaría una mayor supervivencia a los individuos que lo hicieran, surgiendo el bipedismo que, por el estudio de las huellas de Laetoli de hace unos 3,5 millones de años, podemos decir que ya lo presentaba Australophitecus afarensis aún vegetariano, y después de él todos los demás homínidos.
El bipedismo dio, además, la posibilidad de tener las "manos" libres para poder manipular objetos, palos y piedras, adquiriendo entonces una enorme ventaja con respecto a otras especies competidoras de los primeros homínidos. La manipulación hace aumentar el tamaño cerebral, ya que se requiere mucha corteza motora y sensitiva, y esto permitirá desarrollar inteligencia, emociones y capacidad de hablar y comunicarse, a lo largo de un proceso iniciado en Homo habilis que concluirá con la aparición de nuestra especie, el Homo sapiens, que ha sido, en definitiva, la especie que ha terminado dominando nuestro planeta, y ha iniciado su expansión hacia otros planetas de nuestro entorno.
EL INICIO: LOS PRIMATES
Los pasos evolutivos explicados en la página anterior quedan puestos de manifiesto con el descubrimiento de fósiles de primates y homínidos que nos permiten reconstruir su aspecto y sus transformaciones, aunque hay partes aún oscuras en nuestra historia evolutiva.
Homínidos = Miembros de la línea evolutiva humana, Ardipithecus, Australopithecus, Paranthropus, y Homo (línea separada de la de los gorilas y chimpancés).
La primera prueba de la existencia de primates que se mueven por el suelo la tenemos en el Aegyptopithecus, una especie de mono que podía andar a cuatro patas en el suelo y que vivió en lo que hoy es Egipto hace unos 30 millones de años, cuando estaban desapareciendo las selvas que hasta entonces habían cubierto toda África.
En el período de hace entre 25 y 5 millones de años va a surgir una nueva línea evolutiva, la de los hominoideos, a partir de un antepasado común al que se ha llamado Procónsul, a partir del cual se van a diversificar los primates extendiéndose además por todo el Viejo Mundo (África, Europa y Asia), surgiendo los antepasados de los gibones, de los orangutanes, de los gorilas y chimpancés, y de la especie humana. De ese período comprendido entre los 25 y los 5 millones de años atrás sabemos muy poco respecto a nuestros antepasados, ya que hemos encontrado muy pocos fósiles, pero en ese período se produjo el afianzamiento de la línea que culminará con los homínidos
Hominoideos = Monos antropomorfos (gibones, orangutanes, gorilas y chimpancés) más la especie humana.
LA CONTINUACIÓN: LOS HOMÍNIDOS
El primer homínido como tal lo constituyen unos fósiles encontrados en Etiopía que se han atribuido a la especie Ardipithecus ramidus, algo parecido a un chimpancé que vivió hace unos 4,4 millones de años en zonas arboladas, alimentándose de hojas y frutos. Aunque no está del todo claro, este homínido, a medida que se fue aventurando a las zonas menos arboladas de sabana, debió terminar originando un nuevo tipo de homínidos, los Australopithecus cuyos primeros fósiles son de hace unos 4 millones de años, el Australopithecus anamensis, y que se alimentaban sobre todo de raíces y semillas del suelo, más duras que las hojas y frutos de los árboles, por lo que necesitó una dentadura mucho más desarrollada que Ardipithecus. A. anamensis se desarrolló para dar lugar a un pequeño homínido totalmente bípedo y que tal vez empezó a carroñear por los espacios abiertos de sabana, el Australopithecus afarensis.
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Los Australopithecus se extendieron por toda el África oriental en los ecosistemas abiertos de sabana, a lo largo del Valle del Rift y por zonas adyacentes, diversificándose y originando aparentemente dos líneas evolutivas:
- una, la de los parantropos constituido por Paranthropus (Australopithecus) boisei y Paranthropus (Australopithecus) robustus, homínidos de gran tamaño, vegetarianos, que presentan un cráneo muy robusto, con huesos anchos que sujetaban una potente musculatura facial para masticar raíces y semillas muy duras
- y otra, la de Australopithecus africanus, más grácil, cazador y carnívoro, que representaría la línea de éxito que culminaría con la aparición de un nuevo tipo de homínidos, el género Homo, nuestro propio género, no sabemos si directamente, o a través de algún antepasado que aún no conocemos.
La principal característica de los primeros Homo, el Homo habilis, va a ser la capacidad de obtener utensilios manipulando ciertas materias primas; no está claro si este Homo fue el primero en hacerlo, o si los últimos Australopithecus africanus ya fabricaban herramientas, pero el cerebro de Homo habilis aumentó Neandertal emente, iniciando un proceso que acabará con nuestra aparición en escena.
Homo habilis fue un cazador de la sabana que nunca llegó a salir de África, especializándose cada vez más, originando una nueva especie, el grupo de Homo ergaster, que dará al Homo erectus, el cazador más eficaz y especializado surgido hasta ese momento; tal fue su éxito evolutivo que abandonó por primera vez el continente africano, llegando a Europa a través de Gibraltar y desde el Cáucaso, y extendiéndose por Asia, donde seguirá viviendo aún cuando haya desaparecido de África y de Europa. H. erectus fabricará utensilios más elaborados y conocerá el fuego como una ayuda más en su vida.
EL FINAL: LA ESPECIE HUMANA
Homo erectus evolucionará en África hacia una nueva especie que ha sido descrita del yacimiento burgalés de Atapuerca, el Homo antecessor, que surgió en África y pasó a Europa, siguiendo dos caminos evolutivos diferentes en ambos continentes:
- en Europa, en plena época glacial, dará lugar, a través de un homo intermedio, el Homo heidelbergensis, a una especie adaptada a una climatología muy adversa, fría, con una flora reducida y una fauna también muy adaptada, será el Homo neanderthalensis, el hombre de Neandertal, el primer humano verdadero, experto cazador que cuidaba a sus hijos y ancianos, enterraba a sus muertos y fue capaz de construir herramientas mucho más precisas
- en África, en un ambiente radicalmente diferente, surgirá otra especie, el Homo sapiens, nuestra especie, que en unos pocos miles de años se extenderá por todos los continentes, ocupando todos los ecosistemas y desplazando a las otras especies con que coexistió, tal vez a H. erectus en Asia, y a H. neanderthalensis en Europa, cuyo retroceso va a ir a la par que la expansión del H. sapiens, encontrándose precisamente en el sur de la península Ibérica los últimos reductos del hombre de Neandertal.
ESPECIACION
Cuando una población cambia su información genética por mutaciones, la combina por la reproducción sexual, y la selección natural favorece las nuevas combinaciones genéticas, con el tiempo esa población dejará de pertenecer a su especie y se convertirá en una especie nueva, lo que llamamos especiación. Este proceso es lento y gradual, según los darwinistas y neodarwinistas, o es rápido y brusco, según los "saltacionistas" del equilibrio puntuado.
La evolución de las especies se presenta en dos dimensiones: la evolución filética, que consiste en cambios graduales a través del tiempo, en una sola línea de descendientes; y la especiación que se produce cuando se divide en dos o más una línea de descendientes.
El concepto de especie se refiere a grupos naturales que se cruzan entre sí y se hallan aisladas reproductivamente de otros grupos. Es una unidad que intercambia alelos entre sus poblaciones, pero no puede traspasarlos a otras especies. Comparten un acervo común de genes. Si dos poblaciones de la misma especie dejan de cruzarse, producen razas, subespecies, variedades, y por último a especies diferentes. Todo esto en evoluciones de millones de años, lo que constituye la base de la especiación.
La evolución tiene como producto formar nuevas especies; que también se pueden producir artificialmente con técnicas de Biología Molecular.
La especiación se inicia con el aislamiento reproductivo, interrumpiendo el flujo génico. Luego ocurre la divergencia genética favoreciendo la selección natural.
1. especiación geográfica o alopátrida: se produce cuando una población con similar acervo genético queda separada por un accidente geográfico como ríos, mares, montañas o desiertos. Conduce a la formación de razas geográficas, de las que surgen otras especies. Primero se aíslan geográficamente, surgiendo divergencia genética; luego, cuando reanudan contacto se cruzan dando origen a organismos estériles o inviables. Con estas nuevas condiciones los dos grupos pueden coexistir en el mismo territorio sin intercambiar genes, evolucionando independientemente.
2. especiación simpátrida: son cambios genéticos en poblaciones que viven en una región geográfica, que divergen a especies diferentes porque surgen mecanismos de aislación reproductivo.
3. especiación parapátrida o por poliploidía: es un aumento del numero de cromosomas en un organismo de la población. Este no se reproduce con los seres de su grupo normales, sólo lo hace con otros que tengan su poliploidía. Este fenómeno se presenta mayoritariamente en animales y vegetales poco evolucionados
MECANISMOS DE AISLACIÓN REPRODUCTIVO.
El aislamiento reproductivo es fundamental para la divergencia genética, luego actúa la selección natural. Se establecen barreras biológicas previas a la formación del cigoto o aislamiento precigóticos, o posterior a la formación del cigoto o aislamiento poscigóticos.
1.- Aislamientos precigóticos: impiden el apareamiento entre distintas poblaciones o la formación de descendientes híbridos. Son de 5 tipos:
• aislamiento ecológico: poblaciones que viven en un mismo territorio, pero con hábitats diferentes. Ejemplo: algunos arbustos del género Ceanothus en california viven en un tipo de suelo y otro grupo en suelos más adversos de la misma zona.
• Aislamiento etológico: se produce cuando la atracción de machos y hembras es débil o no se produce. Los destellos de las luciérnagas, color del pavo real, canto de pájaros o croar de ranas son señales de apareamiento. Es muy fuerte en especiaciones simpátridas.
• Aislamiento temporal: se produce cuando el apareamiento de los animales o la floración de las plantas ocurren en estaciones distintas o en diferentes momentos del día. Existen las épocas de celo, controladas por temperatura o duración de la luz. La mariposa Colias philodice, de color amarillo muta a blanca, que es más resistente a las temperaturas bajas. No se reproducen entre ellas porque vuelan a diferentes horas del día.
• Aislamiento mecánico: ocurre cuando las estructuras reproductivas impiden la copulación de los animales o la transferencia de polen en vegetales. Existen formas florales atractivas a unas especies polinizadoras y a otras no.
• Aislamiento gamético: ocurre cuando los gametos no son compatibles. Este aislamiento es muy importante en organismos acuáticos que liberan los gametos en el agua, produciéndose la fecundación en el agua. Son muy importantes las feromonas, tanto para la sincronía de la ovulación y eyaculación, como en el reconocimiento específico de estos.
2.- Aislamientos poscigóticos: se producen en el cigoto híbrido interespecífico, por incompatibilidades anatómicas o fisiológicas que reducen la viabilidad o fertilidad de la descendencia híbrida. Son de 3 tipos:
• Inviabilidad de los híbridos: los cigotos híbridos no se desarrollan o bien no alcanzan la madurez sexual. Ejemplo el cruce de carnero y cabra produce fecundación, pero los embriones mueren en las primeras etapas de desarrollo.
• Esterilidad de los híbridos: los organismos híbridos no producen gametos funcionales, por alteración cromosómica en la formación de las células germinales. Ejemplo típico es la mula.
• Degradación de los híbridos: la descendencia de los híbridos presenta baja fertilidad. En el algodón, los descendientes F1 son fértiles, pero los híbridos F2 mueren.
La evolución de las especies se presenta en dos dimensiones: la evolución filética, que consiste en cambios graduales a través del tiempo, en una sola línea de descendientes; y la especiación que se produce cuando se divide en dos o más una línea de descendientes.
El concepto de especie se refiere a grupos naturales que se cruzan entre sí y se hallan aisladas reproductivamente de otros grupos. Es una unidad que intercambia alelos entre sus poblaciones, pero no puede traspasarlos a otras especies. Comparten un acervo común de genes. Si dos poblaciones de la misma especie dejan de cruzarse, producen razas, subespecies, variedades, y por último a especies diferentes. Todo esto en evoluciones de millones de años, lo que constituye la base de la especiación.
La evolución tiene como producto formar nuevas especies; que también se pueden producir artificialmente con técnicas de Biología Molecular.
La especiación se inicia con el aislamiento reproductivo, interrumpiendo el flujo génico. Luego ocurre la divergencia genética favoreciendo la selección natural.
1. especiación geográfica o alopátrida: se produce cuando una población con similar acervo genético queda separada por un accidente geográfico como ríos, mares, montañas o desiertos. Conduce a la formación de razas geográficas, de las que surgen otras especies. Primero se aíslan geográficamente, surgiendo divergencia genética; luego, cuando reanudan contacto se cruzan dando origen a organismos estériles o inviables. Con estas nuevas condiciones los dos grupos pueden coexistir en el mismo territorio sin intercambiar genes, evolucionando independientemente.
2. especiación simpátrida: son cambios genéticos en poblaciones que viven en una región geográfica, que divergen a especies diferentes porque surgen mecanismos de aislación reproductivo.
3. especiación parapátrida o por poliploidía: es un aumento del numero de cromosomas en un organismo de la población. Este no se reproduce con los seres de su grupo normales, sólo lo hace con otros que tengan su poliploidía. Este fenómeno se presenta mayoritariamente en animales y vegetales poco evolucionados
MECANISMOS DE AISLACIÓN REPRODUCTIVO.
El aislamiento reproductivo es fundamental para la divergencia genética, luego actúa la selección natural. Se establecen barreras biológicas previas a la formación del cigoto o aislamiento precigóticos, o posterior a la formación del cigoto o aislamiento poscigóticos.
1.- Aislamientos precigóticos: impiden el apareamiento entre distintas poblaciones o la formación de descendientes híbridos. Son de 5 tipos:
• aislamiento ecológico: poblaciones que viven en un mismo territorio, pero con hábitats diferentes. Ejemplo: algunos arbustos del género Ceanothus en california viven en un tipo de suelo y otro grupo en suelos más adversos de la misma zona.
• Aislamiento etológico: se produce cuando la atracción de machos y hembras es débil o no se produce. Los destellos de las luciérnagas, color del pavo real, canto de pájaros o croar de ranas son señales de apareamiento. Es muy fuerte en especiaciones simpátridas.
• Aislamiento temporal: se produce cuando el apareamiento de los animales o la floración de las plantas ocurren en estaciones distintas o en diferentes momentos del día. Existen las épocas de celo, controladas por temperatura o duración de la luz. La mariposa Colias philodice, de color amarillo muta a blanca, que es más resistente a las temperaturas bajas. No se reproducen entre ellas porque vuelan a diferentes horas del día.
• Aislamiento mecánico: ocurre cuando las estructuras reproductivas impiden la copulación de los animales o la transferencia de polen en vegetales. Existen formas florales atractivas a unas especies polinizadoras y a otras no.
• Aislamiento gamético: ocurre cuando los gametos no son compatibles. Este aislamiento es muy importante en organismos acuáticos que liberan los gametos en el agua, produciéndose la fecundación en el agua. Son muy importantes las feromonas, tanto para la sincronía de la ovulación y eyaculación, como en el reconocimiento específico de estos.
2.- Aislamientos poscigóticos: se producen en el cigoto híbrido interespecífico, por incompatibilidades anatómicas o fisiológicas que reducen la viabilidad o fertilidad de la descendencia híbrida. Son de 3 tipos:
• Inviabilidad de los híbridos: los cigotos híbridos no se desarrollan o bien no alcanzan la madurez sexual. Ejemplo el cruce de carnero y cabra produce fecundación, pero los embriones mueren en las primeras etapas de desarrollo.
• Esterilidad de los híbridos: los organismos híbridos no producen gametos funcionales, por alteración cromosómica en la formación de las células germinales. Ejemplo típico es la mula.
• Degradación de los híbridos: la descendencia de los híbridos presenta baja fertilidad. En el algodón, los descendientes F1 son fértiles, pero los híbridos F2 mueren.
TEORIAS EVOLUTIVAS Y PRUEBAS EVOLUTIVAS
LA EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS
Una vez que la vida surge sobre la Tierra la vida se nos plantea un nuevo interrogante: ¿cómo a partir de una sola célula han podido aparecer todas las especies tan diferentes que existen hoy día?. Es evidente que la contestación a esta pregunta ha variado mucho de la época en que se aceptaba la teoría de la generación espontánea a cuando esta teoría fue rechazada.
Teorías preevolutivas
Hasta el s. XIX se pensó que los seres vivos eran inmutables y que habían existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios, fijos, lo cual originó una corriente de ideas agrupadas bajo el término FIJISMO. G. Cuvier (1769-1832), estudiando una gran cantidad de fósiles dedujo que había especies que desaparecían, se extinguían, lo cual implicaba cambios que contradecían al fijismo; como él era fijista,
pensó que las especies aparecían sobre la Tierra y se mantenían durante mucho tiempo sin sufrir ningún cambio hasta que se producía una gran catástrofe que las hacía desaparecer, tras lo cual aparecían nuevas especies que volvían a desaparecer en otra catástrofe y así sucesivamente, surgiendo una variante de las ideas fijistas que constituyó el CATASTROFISMO.
TEORIAS EVOLUTIVAS
En la misma época, J.B. de Lamarck (1744-1829) estudiando también fósiles llegó a deducciones completamente opuestas al fijismo y que suscitaron gran controversia con Cuvier y la mayor parte de naturalistas de la época; según Lamarck las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibió el nombre de EVOLUCIONISMO. Para Lamarck estas transformaciones se debían a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir mejor (ADAPTACIÓN AL MEDIO) y luego esos caracteres se transmitían a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS.
A finales de siglo, C. Darwin (1809-1882) y A. Wallace (1823-1913) mejoraron las ideas lamarckistas, rechazando la herencia de los caracteres adquiridos e introduciendo los conceptos de VARIABILIDAD DE LAS POBLACIONES y SELECCIÓN NATURAL, que son algunas de las ideas más importantes del proceso evolutivo; la variabilidad nos explica que en una población perteneciente a una especie determinada hay una gran variedad de individuos diferentes, cada uno de los cuales se adapta de diferente manera a un ambiente determinado, de tal forma que unos se adaptan mejor (viven mejor) que otros, y esto repercute en la cantidad de descendientes que pueden tener, de forma que los que viven mejor tienen más descendientes, es decir, son seleccionados por la naturaleza para vivir y tener más hijos; esto lo podemos ver con el siguiente ejemplo:
Imaginemos que existe una especie de oso que tiene el pelo corto porque vive en un lugar cálido; entre los individuos de pelo corto también los hay que tienen el pelo largo y por lo tanto en ese medio cálido van a pasar mucho calor y van a estar en desventaja con respecto a los de pelo corto. Ahora bien, imaginemos que se produce un cambio climático, la temperatura se hace mucho más fría en cuestión de pocos años; este cambio ambiental va a provocar la desaparición de los osos de pelo corto, que morirán de frío, mientras que los de pelo largo que antes vivían mal se van a encontrar ahora con un ambiente al cual están mejor adaptados; al desaparecer los de pelo corto y quedar los de pelo largo lo que ha sucedido ha sido que los mejor adaptados a las nuevas condiciones han sido "seleccionados" por la naturaleza para seguir viviendo y reproducirse. Este proceso que permite prosperar a los mejor adaptados al tiempo que elimina a los inadaptados se llama SELECCIÓN NATURAL.
La selección natural, ayudada por otras fuerzas evolutivas tales como las MUTACIONES genéticas, provocan cambios graduales en los individuos que terminan por dar lugar a la aparición de nuevas especies, pudiendo desaparecer la especie de la que provienen (recuerda por ejemplo que el Homo sapiens actual proviene del Homo erectus que está extinguido). Este proceso de transformación gradual de una especie en otra nueva recibe el nombre de EVOLUCIÓN BIOLÓGICA o DARWINIANA.
Darwin y Wallace se encontraron con el problema de explicar por qué existía esa variedad de individuos y por qué había rasgos que sí se heredaban, ya que cuando publicaron sus obras no se conocían aún los trabajos de G. Mendel sobre la herencia de los caracteres.
Hoy en día la teoría más aceptada es el NEODARWINISMO o TEORIA SINTETICA propuesto por T. Dobzhanzky, que es la idea de evolución darwiniana vista a la luz de la genética, lo cual permite explicar que la variedad de individuos en una especie se debe a que poseen diferente información genética, y por eso se pueden heredar ciertos caracteres, ya que se transmiten a través de los genes de una generación a otra.
Algunos biólogos como Stephen Jay Gould, y, sobre todo, los paleontólogos suelen discrepar de las ideas neodarwinistas en el aspecto de la velocidad a la que se producen los cambios en las poblaciones que terminan dando lugar a especies nuevas; ellos, al estudiar los fósiles, lo que observan es que esos cambios parecen producirse mucho más deprisa de lo que indica el neodarwinismo y el evolucionismo en general: el registro fósil no nos habla de cambios graduales a lo largo de muchas generaciones, sino de cambios mucho más rápidos, en muy pocas generaciones, que convierten a unas especies en otras como respuesta a los cambios en el medio, es como si la evolución avanzara a saltos: es la denominada Teoría saltacionista, o teoría del equilibrio puntuado.
Cuando un ser vivo nace, desarrolla una serie de caracteres para los que posee información genética, y esos caracteres son modelados por el ambiente en el que vive.
Cualquier ser vivirá mejor o peor en el lugar en que le ha tocado vivir según los caracteres que haya desarrollado, así por ejemplo, si tiene una gruesa cubierta de pelo aguantará bien el frío, si tiene agilidad para subir a los árboles escapará de los predadores y si sabe nadar no se ahogará cuando tenga que cruzar un río; esta capacidad de vivir mejor o peor es lo que llamamos ADAPTACIÓN AL MEDIO: el que está mejor adaptado vive mejor, se alimenta bien, escapa de los predadores, vive más tiempo y todo esto hará que tenga más crías, y, por lo tanto, deje más descendientes a la siguiente generación que llevarán sus genes, es la SUPERVIVENCIA DEL MÁS APTO.
LOS SERES MEJOR ADAPTADOS A SU MEDIO DEJAN MÁS DESCENDIENTES A LA SIGUIENTE GENERACIÓN.
PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN
La evolución biológica es, posiblemente, el proceso más importante que afecta al conjunto de seres vivos que habitan en la Tierra, aunque este proceso no se de directamente sobre seres vivos determinados, ya que es un proceso que se prolonga mucho en el tiempo y tarda miles o millones de años en manifestarse; a pesar de ello, es un proceso imparable que comenzó con la aparición de la vida y desde entonces no ha perdido nada de vigor.
Podemos tener una mayor certeza de la existencia de este proceso en el pasado, ya que según lo que acabamos de ver, la evolución no se puede demostrar en la actualidad por su extremada lentitud; esta certeza, sin embargo, la podemos obtener a partir de una serie de hechos que nos van a probar su existencia.
Pruebas Biogeográficas
Las encontramos repartidas por todo el planeta, y consisten en la existencia de grupos de especies más o menos parecidas, emparentadas, que habitan lugares relacionados entre si por su proximidad, situación o características, por ejemplo, un conjunto de islas, donde cada especie del grupo se ha adaptado a unas condiciones concretas. La prueba evolutiva aparece porque todas esas especies próximas provienen de una única especie antepasada que originó a todas las demás a medida que pequeños grupos de individuos se adaptaban a las condiciones de un lugar concreto, que eran diferentes a las de otros lugares.
Son ejemplos característicos de esto los pinzones de las islas Galápagos que fueron estudiados por Darwin, los Drepanidos, aves de las islas Hawaii, o las grandes aves no voladoras distribuidas por el hemisferio sur, los ñandúes sudamericanos, las avestruces africanas, el pájaro elefante de Madagascar (extinguido), el casuario y el emú australianos o el moa gigante de Nueva Zelanda (también extinguido).
Pruebas Paleontológicas
El estudio de los fósiles nos da una idea muy directa de los cambios que sufrieron las especies al transformarse unas en otras; existen muchas series de fósiles de plantas y animales que nos permiten reconstruir cómo se fueron adaptando a las cambiantes condiciones del medio, como las series de erizos de los acantilados ingleses, el paso de reptiles a aves a través del Archaeopterix, o la evolución de los caballos para adaptarse a las grandes praderas abiertas por las que corrían.
Pruebas Anatómicas
Quizá son las que más información nos pueden aportar, porque son el reflejo directo de las adaptaciones al medio.
En muchos seres vivos existen órganos atrofiados, no funcionales, que aparecen en antepasados antiguos perfectamente funcionales, pero que con el transcurso de las generaciones dejaron de ser útiles; a estos órganos se les denomina ÓRGANOS VESTIGIALES.
Por otro lado, el estudio de la anatomía de distintas especies nos enseña que existen muchas que se parecen mucho, ya que son especies evolutivamente próximas, separadas por una diferente adaptación a medios distintos, es decir, que poseen órganos y estructuras orgánicas muy parecidas anatómicamente ya que tienen el mismo origen evolutivo, son lo que denominamos ÓRGANOS HOMÓLOGOS, como por ejemplo, la aleta de un delfín y el ala de un murciélago, son órganos con la misma estructura interna, pero uno es para nadar y otro para volar.
Al mismo tiempo, existen también especies muy separadas evolutivamente que se tienen que adaptar al mismo medio, y por lo tanto desarrollan estructuras similares, los llamados ÓRGANOS ANÁLOGOS, que son patrones anatómicos que han tenido éxito en un medio concreto y por eso varias especies lo imitan.
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Estos órganos que desempeñan la misma función, pero tienen una constitución anatómica diferente se llaman ÓRGANOS ANÁLOGOS, como el ala de un insecto y el ala de un ave que ya hemos visto, y representan un fenómeno llamado CONVERGENCIA ADAPTATIVA, por el cual los seres vivos repiten fórmulas y diseños que han tenido éxito
Si los órganos desempeñan funciones distintas pero tienen la misma anatomía interna se llaman ÓRGANOS HOMÓLOGOS, como son el ala de un ave o la aleta del delfín, y representan la DIVERGENCIA ADAPTATIVA, por la cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en que están, etc.
Pruebas Embriológicas
Relacionadas con las pruebas anatómicas, el estudio de los embriones de los vertebrados nos da una interesante visión del desarrollo evolutivo de los grupos de animales, ya que las primeras fases de ese desarrollo son iguales para todos los vertebrados, siendo imposible diferenciarlos entre sí; sólo al ir avanzando el proceso cada grupo de vertebrados tendrá un embrión diferente al del resto, siendo tanto más parecidos cuanto más emparentadas estén las especies. Esto es lo que Haeckel resumió diciendo que la "ontogenia resume a la filogenia".
Pruebas Bioquímicas
Por último, las pruebas más recientes y las que mayores posibilidades presentan, consisten en comparar ciertas moléculas que aparecen en todos los seres vivos de tal manera que esas moléculas son tanto más parecidas cuanto menores diferencias evolutivas hay entre sus poseedores, y al revés; esto se ha hecho sobre todo con proteínas (por ejemplo proteínas de la sangre) y con ADN.
MICROEVOLUCIÓN Y MACROEVOLUCIÓN
A veces la selección natural actúa favoreciendo alelos que dan lugar a mayores cambios en las poblaciones, por lo que con el tiempo pueden surgir especies nuevas parecidas a las anteriores, lo que llamamos MICROEVOLUCIÓN, o grupos de seres vivos nuevos, completamente diferentes, pudiendo incluso extinguirse las especies anteriores, lo que llamamos MACROEVOLUCIÓN; todo depende de que las mutaciones originen alelos o genes nuevos, que impliquen la existencia de caracteres muy diferentes a los preexistentes, y que estos caracteres diferentes sean seleccionados por implicar una mejor adaptación al medio.
Una vez que la vida surge sobre la Tierra la vida se nos plantea un nuevo interrogante: ¿cómo a partir de una sola célula han podido aparecer todas las especies tan diferentes que existen hoy día?. Es evidente que la contestación a esta pregunta ha variado mucho de la época en que se aceptaba la teoría de la generación espontánea a cuando esta teoría fue rechazada.
Teorías preevolutivas
Hasta el s. XIX se pensó que los seres vivos eran inmutables y que habían existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios, fijos, lo cual originó una corriente de ideas agrupadas bajo el término FIJISMO. G. Cuvier (1769-1832), estudiando una gran cantidad de fósiles dedujo que había especies que desaparecían, se extinguían, lo cual implicaba cambios que contradecían al fijismo; como él era fijista,
pensó que las especies aparecían sobre la Tierra y se mantenían durante mucho tiempo sin sufrir ningún cambio hasta que se producía una gran catástrofe que las hacía desaparecer, tras lo cual aparecían nuevas especies que volvían a desaparecer en otra catástrofe y así sucesivamente, surgiendo una variante de las ideas fijistas que constituyó el CATASTROFISMO.
TEORIAS EVOLUTIVAS
En la misma época, J.B. de Lamarck (1744-1829) estudiando también fósiles llegó a deducciones completamente opuestas al fijismo y que suscitaron gran controversia con Cuvier y la mayor parte de naturalistas de la época; según Lamarck las especies actuales provenían de especies primitivas, hoy extinguidas, que habrían sufrido modificaciones sucesivas; esta nueva idea recibió el nombre de EVOLUCIONISMO. Para Lamarck estas transformaciones se debían a que cuando cambiaban las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollaban caracteres que les ayudaban a vivir mejor (ADAPTACIÓN AL MEDIO) y luego esos caracteres se transmitían a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llamaba la HERENCIA DE LOS CARACTERES ADQUIRIDOS.
A finales de siglo, C. Darwin (1809-1882) y A. Wallace (1823-1913) mejoraron las ideas lamarckistas, rechazando la herencia de los caracteres adquiridos e introduciendo los conceptos de VARIABILIDAD DE LAS POBLACIONES y SELECCIÓN NATURAL, que son algunas de las ideas más importantes del proceso evolutivo; la variabilidad nos explica que en una población perteneciente a una especie determinada hay una gran variedad de individuos diferentes, cada uno de los cuales se adapta de diferente manera a un ambiente determinado, de tal forma que unos se adaptan mejor (viven mejor) que otros, y esto repercute en la cantidad de descendientes que pueden tener, de forma que los que viven mejor tienen más descendientes, es decir, son seleccionados por la naturaleza para vivir y tener más hijos; esto lo podemos ver con el siguiente ejemplo:
Imaginemos que existe una especie de oso que tiene el pelo corto porque vive en un lugar cálido; entre los individuos de pelo corto también los hay que tienen el pelo largo y por lo tanto en ese medio cálido van a pasar mucho calor y van a estar en desventaja con respecto a los de pelo corto. Ahora bien, imaginemos que se produce un cambio climático, la temperatura se hace mucho más fría en cuestión de pocos años; este cambio ambiental va a provocar la desaparición de los osos de pelo corto, que morirán de frío, mientras que los de pelo largo que antes vivían mal se van a encontrar ahora con un ambiente al cual están mejor adaptados; al desaparecer los de pelo corto y quedar los de pelo largo lo que ha sucedido ha sido que los mejor adaptados a las nuevas condiciones han sido "seleccionados" por la naturaleza para seguir viviendo y reproducirse. Este proceso que permite prosperar a los mejor adaptados al tiempo que elimina a los inadaptados se llama SELECCIÓN NATURAL.
La selección natural, ayudada por otras fuerzas evolutivas tales como las MUTACIONES genéticas, provocan cambios graduales en los individuos que terminan por dar lugar a la aparición de nuevas especies, pudiendo desaparecer la especie de la que provienen (recuerda por ejemplo que el Homo sapiens actual proviene del Homo erectus que está extinguido). Este proceso de transformación gradual de una especie en otra nueva recibe el nombre de EVOLUCIÓN BIOLÓGICA o DARWINIANA.
Darwin y Wallace se encontraron con el problema de explicar por qué existía esa variedad de individuos y por qué había rasgos que sí se heredaban, ya que cuando publicaron sus obras no se conocían aún los trabajos de G. Mendel sobre la herencia de los caracteres.
Hoy en día la teoría más aceptada es el NEODARWINISMO o TEORIA SINTETICA propuesto por T. Dobzhanzky, que es la idea de evolución darwiniana vista a la luz de la genética, lo cual permite explicar que la variedad de individuos en una especie se debe a que poseen diferente información genética, y por eso se pueden heredar ciertos caracteres, ya que se transmiten a través de los genes de una generación a otra.
Algunos biólogos como Stephen Jay Gould, y, sobre todo, los paleontólogos suelen discrepar de las ideas neodarwinistas en el aspecto de la velocidad a la que se producen los cambios en las poblaciones que terminan dando lugar a especies nuevas; ellos, al estudiar los fósiles, lo que observan es que esos cambios parecen producirse mucho más deprisa de lo que indica el neodarwinismo y el evolucionismo en general: el registro fósil no nos habla de cambios graduales a lo largo de muchas generaciones, sino de cambios mucho más rápidos, en muy pocas generaciones, que convierten a unas especies en otras como respuesta a los cambios en el medio, es como si la evolución avanzara a saltos: es la denominada Teoría saltacionista, o teoría del equilibrio puntuado.
Cuando un ser vivo nace, desarrolla una serie de caracteres para los que posee información genética, y esos caracteres son modelados por el ambiente en el que vive.
Cualquier ser vivirá mejor o peor en el lugar en que le ha tocado vivir según los caracteres que haya desarrollado, así por ejemplo, si tiene una gruesa cubierta de pelo aguantará bien el frío, si tiene agilidad para subir a los árboles escapará de los predadores y si sabe nadar no se ahogará cuando tenga que cruzar un río; esta capacidad de vivir mejor o peor es lo que llamamos ADAPTACIÓN AL MEDIO: el que está mejor adaptado vive mejor, se alimenta bien, escapa de los predadores, vive más tiempo y todo esto hará que tenga más crías, y, por lo tanto, deje más descendientes a la siguiente generación que llevarán sus genes, es la SUPERVIVENCIA DEL MÁS APTO.
LOS SERES MEJOR ADAPTADOS A SU MEDIO DEJAN MÁS DESCENDIENTES A LA SIGUIENTE GENERACIÓN.
PRUEBAS DE LA EVOLUCIÓN
La evolución biológica es, posiblemente, el proceso más importante que afecta al conjunto de seres vivos que habitan en la Tierra, aunque este proceso no se de directamente sobre seres vivos determinados, ya que es un proceso que se prolonga mucho en el tiempo y tarda miles o millones de años en manifestarse; a pesar de ello, es un proceso imparable que comenzó con la aparición de la vida y desde entonces no ha perdido nada de vigor.
Podemos tener una mayor certeza de la existencia de este proceso en el pasado, ya que según lo que acabamos de ver, la evolución no se puede demostrar en la actualidad por su extremada lentitud; esta certeza, sin embargo, la podemos obtener a partir de una serie de hechos que nos van a probar su existencia.
Pruebas Biogeográficas
Las encontramos repartidas por todo el planeta, y consisten en la existencia de grupos de especies más o menos parecidas, emparentadas, que habitan lugares relacionados entre si por su proximidad, situación o características, por ejemplo, un conjunto de islas, donde cada especie del grupo se ha adaptado a unas condiciones concretas. La prueba evolutiva aparece porque todas esas especies próximas provienen de una única especie antepasada que originó a todas las demás a medida que pequeños grupos de individuos se adaptaban a las condiciones de un lugar concreto, que eran diferentes a las de otros lugares.
Son ejemplos característicos de esto los pinzones de las islas Galápagos que fueron estudiados por Darwin, los Drepanidos, aves de las islas Hawaii, o las grandes aves no voladoras distribuidas por el hemisferio sur, los ñandúes sudamericanos, las avestruces africanas, el pájaro elefante de Madagascar (extinguido), el casuario y el emú australianos o el moa gigante de Nueva Zelanda (también extinguido).
Pruebas Paleontológicas
El estudio de los fósiles nos da una idea muy directa de los cambios que sufrieron las especies al transformarse unas en otras; existen muchas series de fósiles de plantas y animales que nos permiten reconstruir cómo se fueron adaptando a las cambiantes condiciones del medio, como las series de erizos de los acantilados ingleses, el paso de reptiles a aves a través del Archaeopterix, o la evolución de los caballos para adaptarse a las grandes praderas abiertas por las que corrían.
Pruebas Anatómicas
Quizá son las que más información nos pueden aportar, porque son el reflejo directo de las adaptaciones al medio.
En muchos seres vivos existen órganos atrofiados, no funcionales, que aparecen en antepasados antiguos perfectamente funcionales, pero que con el transcurso de las generaciones dejaron de ser útiles; a estos órganos se les denomina ÓRGANOS VESTIGIALES.
Por otro lado, el estudio de la anatomía de distintas especies nos enseña que existen muchas que se parecen mucho, ya que son especies evolutivamente próximas, separadas por una diferente adaptación a medios distintos, es decir, que poseen órganos y estructuras orgánicas muy parecidas anatómicamente ya que tienen el mismo origen evolutivo, son lo que denominamos ÓRGANOS HOMÓLOGOS, como por ejemplo, la aleta de un delfín y el ala de un murciélago, son órganos con la misma estructura interna, pero uno es para nadar y otro para volar.
Al mismo tiempo, existen también especies muy separadas evolutivamente que se tienen que adaptar al mismo medio, y por lo tanto desarrollan estructuras similares, los llamados ÓRGANOS ANÁLOGOS, que son patrones anatómicos que han tenido éxito en un medio concreto y por eso varias especies lo imitan.
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Estos órganos que desempeñan la misma función, pero tienen una constitución anatómica diferente se llaman ÓRGANOS ANÁLOGOS, como el ala de un insecto y el ala de un ave que ya hemos visto, y representan un fenómeno llamado CONVERGENCIA ADAPTATIVA, por el cual los seres vivos repiten fórmulas y diseños que han tenido éxito
Si los órganos desempeñan funciones distintas pero tienen la misma anatomía interna se llaman ÓRGANOS HOMÓLOGOS, como son el ala de un ave o la aleta del delfín, y representan la DIVERGENCIA ADAPTATIVA, por la cual los seres vivos modelan sus órganos según su modo de vida, el ambiente en que están, etc.
Pruebas Embriológicas
Relacionadas con las pruebas anatómicas, el estudio de los embriones de los vertebrados nos da una interesante visión del desarrollo evolutivo de los grupos de animales, ya que las primeras fases de ese desarrollo son iguales para todos los vertebrados, siendo imposible diferenciarlos entre sí; sólo al ir avanzando el proceso cada grupo de vertebrados tendrá un embrión diferente al del resto, siendo tanto más parecidos cuanto más emparentadas estén las especies. Esto es lo que Haeckel resumió diciendo que la "ontogenia resume a la filogenia".
Pruebas Bioquímicas
Por último, las pruebas más recientes y las que mayores posibilidades presentan, consisten en comparar ciertas moléculas que aparecen en todos los seres vivos de tal manera que esas moléculas son tanto más parecidas cuanto menores diferencias evolutivas hay entre sus poseedores, y al revés; esto se ha hecho sobre todo con proteínas (por ejemplo proteínas de la sangre) y con ADN. MICROEVOLUCIÓN Y MACROEVOLUCIÓN
A veces la selección natural actúa favoreciendo alelos que dan lugar a mayores cambios en las poblaciones, por lo que con el tiempo pueden surgir especies nuevas parecidas a las anteriores, lo que llamamos MICROEVOLUCIÓN, o grupos de seres vivos nuevos, completamente diferentes, pudiendo incluso extinguirse las especies anteriores, lo que llamamos MACROEVOLUCIÓN; todo depende de que las mutaciones originen alelos o genes nuevos, que impliquen la existencia de caracteres muy diferentes a los preexistentes, y que estos caracteres diferentes sean seleccionados por implicar una mejor adaptación al medio.
jueves, 29 de septiembre de 2011
INMUNOLOGIA
Los Primeros intentos por inducir la Inmunidad se encuentran en las antiguas costumbres de los Chinos y Turcos, en el siglo XV, quienes hacían que los niños inhalaran el polvo de las lesiones de personas que se estaban recuperando de Viruela. La idea de esta práctica, conocida como VARIOLACION, era estimular de alguna forma al organismo para que adquiera inmunidad a la enfermedad. La técnica de VARIOLACIÓN (hoy conocida como Vacunación) fue mejorada por el médico Inglés Edward Jenner, en 1798.
1. Investiga Experimento de Jenner.
La Técnica de Jenner se expandió ampliamente en Europa, pero no fue hasta 100 años después que se aplicó en otras enfermedades, como el cólera, gracias a los trabajos de Lois Pasteur.
INMUNIDAD INNATA
La inmunidad Innata, Natural o Nativa incluyen todos los mecanismos que posee el organismo para combatir al microorganismo antes de que ocurra la infección. Corresponde a la primera línea defensiva contra agentes patógenos.
COMPONENTES
1.- Barreras Físicas o Mecánicas:
Son los tejidos epiteliales que cubren y revisten superficies y cavidades de nuestro cuerpo.
Ej.- Piel: gruesa barrera física que impide y dificultas el ingreso de agentes patógenos.
Tejidos mucosos: ubicada en las cavidades del cuerpo que se comunican con el exterior, producen Mucus que atrapa microbios.
2.- Barreras Químicas:
Son secreciones que afectan el desarrollo de los microbios ya sea por su efecto bactericida (Lisozima) o de limpieza. . Ej.- lágrima, saliva, sudor y sebo.
3.- Células Fagocíticas:
Sí los patógenos superan las barreras Físicas y químicas, el organismo dispone de otra línea de defensa, representada por células con capacidad fagocítica. Dentro de ellas encontramos:
- Macrófagos: leucocitos derivados de un precursor (Monocito) presente en la sangre, se diferencia y pasa a ciertos tejidos como SNC, huesos, hígado y otros. Atrapan indiscriminadamente todo aquello que les resulte ajeno.
- Neutrofilos y Células NK o Asesinas Naturales: Son células fagocíticas. Las NK corresponden a una variante de linfocitos que pueden fagocitar a células infectadas por Virus, células tumorales y complementar la inmunidad adaptativa.
4.- Proteínas Plasmáticas:
Son una serie de proteínas llamadas: Citoquinas, Interleuquinas o linfoquinas. Participan en la inducción de la respuesta inflamatoria, en la regulación de la producción de Glóbulos Blancos y la producción de Anticuerpos, entre otras funciones.
5.- Interferones y Proteínas del Sistema del Complemento:
Los Interferones son proteínas liberadas por las células del organismo que han sido infectadas por virus o por macrofagos. Los interferones son captados por células específicas, que poseen receptores para ello y responden secretando péptidos que inhiben o interfieren la replicación viral. Otra función es estimular la actividad de células fagociticas.
6.- El Sistema del Complemento son proteínas que cuando se activan complementan y potencian ciertas reacciones alérgicas inmunes e inflamatorio. Son 11 proteínas presentes en el suero que se activan en cascada conduciendo como efecto final a una lisis celular. Para que el sistema se active, se requiere de una membrana biológica que presente receptores para los fragmentos peptídicos que surgen a medida que el sistema se activa. Ante un estímulo adecuado, una de ellas se activa adquiriendo actividad enzimática por fragmentación o cambio conformacional. Esta molécula que cambio, activa a la siguiente y asi sucesivamente hasta el final de la cascada. Este consiste en la formación de un polímero que se inserta en la membrana plasmática de la célula blanco alterándola e induciendo su muerte osmótica. Las proteínas de este sistema se representan con la letra C y un subíndice numérico.
INMUNIDAD ADAPTATIVA O ESPECÍFICA.-
La INMUNIDAD ADAPTATIVA, a diferencia de la INNATA, es un mecanismo altamente evolucionado y especifico y que se encuentra sólo en vertebrados.
La INMUNIDAD ADAPTATIVA surge como respuesta a exposiciones de agentes infecciosos específicos e incrementa en magnitud y capacidad con cada exposición a un microbio en particular.
¿Puede esta última frase responder al nombre de inmunidad adaptativa? Fundamente.
Sus principales características son la especificidad y la memoria ante repetidas exposiciones al mismo microbio. Los principales componentes son los linfocitos y sus productos, ellos responden a agentes extraños al organismo, conocidos como ANTÍGENOS.
A.- INMUNIDAD ADAPTATIVA HUMORAL: un tipo especial de célula plasmática, los linfocito B producen los anticuerpos, que son inmunoglobulinas específicas a un antígeno particular. Los anticuerpos pueden neutralizar la capacidad de infectar y marcarlos para su posterior eliminación. Son también específicos en cuanto a la respuesta: algunos promueven la fagocitosis y otros producen respuesta inflamatoria o activan al sistema complemento. Son la principal defensa ante microbios celulares y sus toxinas.
B.- INMUNIDAD ADAPTATIVA CELULAR: los microbios intracelulares como bacterias y los virus, pueden sobrevivir y proliferar dentro de fagocitos u otras células hospederas, evitando la acción de los anticuerpos. Entonces, la INMUNIDAD CELULAR promueve su destrucción o la destrucción de las células infectadas. Los responsables de la acción son los linfocitos T.
FASES DE LA RESPUESTA ADAPTATIVA.-
Las etapas de la acción adaptativa logran la eliminación del antígeno, recuperando la homeostasis, y además, queda con células memorionas para una próxima acción al antígeno. Las fases son:
1. reconocimiento del antígeno: cada organismo genera una gran variedad de linfocitos, de los cuales se seleccionan a los que van a reaccionar contra antígenos, que el organismo enfrentará durante su vida (teoría de la selección clonal). Esto está determinado por ciertas proteínas de la superficie de la membrana celular del linfocito, que actúan como receptores para el antígeno específico.
2. activación de los linfocitos: en esta etapa, conocida como hipótesis de las dos señales, se requiere de:
- la presencia del antígeno o productos microbianos, como 1ª señal, que asegura una respuesta especifica; y la manifestación de la respuesta innata, 2ª señal, que actúa oportunamente ante la presencia de un agente nocivo.
La respuesta de los linfocitos a ambas señales determina la síntesis de proteínas específicas, proliferación celular y diferenciación a células efectoras y de memoria.
3. fase efectora o de eliminación del antígeno: los linfocitos, activados por un antígeno específico, llevan a cabo la eliminación de este último. Ambos mecanismos, linfocitos B y T, requieren de la participación de los componentes de la inmunidad innata.
UNIDAD: SALUD, ENFERMEDAD Y SISTEMA INMUNE.-
El SISTEMA INMUNE nos mantiene protegidos de la acción de microbios. La mejor forma de combatir las enfermedades infecciosas es la PREVENCIÓN.
INFECCIONES BACTERIANAS.-
Las bacterias patógenas producen enfermedades y son específicas, aunque algunas veces una no patógena puede llegar a serlo si se localiza en una ubicación diferente a la habitual, como la Bacteroides que forma parte del tracto intestinal y puede producir peritonitis en caso de lesión del colon. Estos microbios se conocen como patógenos oportunistas.
Las consecuencias que puede ocasionar una infección bacteriana dependen de diversos factores:
a. Invasividad: corresponde a la capacidad del patógeno para multiplicarse en el hospedero.
b. Susceptibilidad del hospedero: depende de la edad, sexo, nutrición y disposición genética del hospedero, que lo hacen más o menos resistente a la acción de la bacteria.
c. Condiciones del medio: si las condiciones de saneamiento son precarias, el medio se convierte en un ambiente propicio para la multiplicación bacteriana, aumentando las posibilidades de infección.
d. Producción de sustancias: la capacidad de enfermar está determinada por el daño al hospedero y también por la cantidad de sustancias químicas que lo afecten. Estas sustancias químicas son las toxinas, y pueden ser de dos tipos:
- endotoxinas: son polisacáridos membranosos de las bacterias Gram negativas. Su toxicidad reside en la región lipídica, ya que cuando la bacteria se destruye, sus lípidos se unen a las células del sistema inmune provocando fiebre y otros síntomas asociados a la infección.
- Exotoxinas: son secreciones bacterianas que producen trastornos neurológicos, como ocurre en el tétanos (Clostridium tetan), o digestivos como en el cólera (Vibrio cholerae)
Los ANTIBIOTICOS son herramientas terapeuticas que combaten a las bacterias, como la penicilina o tetraciclina. Los antibióticos inhiben el crecimiento bacteriano o los destruyen, erradicando la enfermedad.
El primer antibiótico fue descubierto por Alexander Fleming, en 1928. el noto que en torno al moho Penicillium notatum no crecían bacterias. Lo hizo pensar que liberaban una sustancia que las afectaba. Este era la penicilina. Al comienzo, los antibióticos solo tenían origen natural, luego fueron modificados químicamente y en la actualidad se sintetizan en laboratorios, aumentando su capacidad antimicrobiana.
Los antibióticos se incorporan a las bacterias interfiriendo en el metabolismo bacteriano, como la penicilina que impide la síntesis de la pared celular bacteriana y la tetraciclina que inhibe la síntesis de proteínas al actuar sobre los ribosomas.
Los antibióticos son altamente específicos, no afectando las células eucariotas o a sus ribosomas, que son diferentes a las procariotas. En todo caso el antibiograma es una técnica que consiste en impregnar discos de papel con el antibiótico a evaluar y colocarlos con diferentes cultivos bacterianos. Si el antibiótico es efectivo se forma un halo de inhibición. De acuerdo al tamaño del halo se da una idea sobre que cultivo bacteriano es mas eficaz el antibiótico.
INFECCIONES VIRALES.-
Los VIRUS tienen diferentes mecanismos de infección, ya se trate de un virus ADN o ARN. Para esto revisaremos la acción de algunos virus.
- Virus Hanta: es un virus ARN con manto. Ingresa a la célula hospedera donde se replica. Produce el síndrome pulmonar con mortalidad del 50 %. El reservorio son los ratones silvestres entre los cuales el oligoryzomys longicaudatus (ratón colilargo) es el más preocupante. Sus síntomas asemejan a la gripe común, con fiebre, cefalea, dolores musculares y abdominales, nauseas y vómitos. Luego se agudizan y sube bruscamente la temperatura y la dificultad para respirar por la acumulación de líquido en los pulmones.
TRABAJO PERSONAL.-
- En los medios de prensa, radio y TV, se han difundido una serie de medidas preventivas para el Hanta. Nombre al menos 5 de dichas prevenciones.
- ¿Por qué no se debe eliminar a los zorros, lechuzas y culebras? Fundamente.
- ¿En que regiones se han presentado más casos? ¿Cuál seria el motivo?
- VIH o virus de la inmunodeficiencia humana: en 1981 aparece un síndrome con un lento y gradual desmantelamiento del sistema inmune, lo que conduce a la persona a una muerte segura por la acción de enfermedades infecciosas oportunistas; es el VIH. Es un retrovirus que ha transformado a este síndrome en pandemia. Se extiende rápidamente por el mundo entero.
El virus presenta dos tipos: VIH-1 y VIH-2. esta rodeado por una capa de lípidos con glicoproteínas gp 120 y gp 41. Con estas proteínas el virus se introduce en las células del sistema inmune.
El virus ingresa al organismo por relaciones sexuales, compartir agujas con persona infectada, por el traspasa de medre portadora al feto, ya sea durante el embarazo, parto o lactancia. Su principal blanco son los linfocitos T helpers o Linfocitos T CD4, llamados así porque en su superficie tienen la proteína CD4 que se combina con la gp120, produciendo el inicio de la infección viral.
Fases de la infección viral:
- Fase aguda: aumenta rápidamente la carga viral y paralelamente disminuyen los linfocitos T CD4, en las 3 primeras semanas. Se puede tener fiebre, inflamación de ganglios, cefaleas y dolores musculares.
- Fase crónica: disminuyen los síntomas como resistencia del sistema inmune sobre el virus. Recuperación aparente con concentración constante de virus en el organismo. Puede durar unos 8 a 10 años, se sienten bien y los síntomas casi no existen. Los linfocitos T CD4 estimulan a los linfocitos citotóxicos (CD8) para que destruyan a las hospederas del virus y, además, ayudan a los linfocitos B para que sinteticen anticuerpos contra las partículas virales libres.
- Desarrollo del Sida: el virus provoca la destrucción de los linfocitos y su recuento es inferior a 200 por milímetro cúbico. El sistema inmune es superado por el virus y las enfermedades oportunistas se manifiestan. Algunas son la neumonía y la toxoplasmosis, la sobrevida no supera los 2 años.
TRABAJO PERSONAL.-
- Análisis del siguiente grafico:
Fase aguda fase crónica sida
- ¿Qué ocurre con la cantidad de linfocitos T CD4 y la cantidad de virus, en cada etapa?
- ¿Cómo se explican estas variaciones?
- ¿Qué valor aproximado debe alcanzar el recuento de linfocitos T CD4 para diagnosticar el sida?
- ¿Qué factores pueden influir en la extensión de la fase crónica?
El tratamiento ideal para combatir el sida es la elaboración de una vacuna que evite la infección e impida el desarrollo de la enfermedad, lamentablemente no ha sido creada.
El otro mecanismo es la farmacoterapia que ha dado resultados positivos, usando el AZT o zidovudina que inhibe la transcriptasa reversa, pero es transitoria. Además, se implementan terapias combinadas para reducir la carga viral. La limitante es la resistencia del virus a los fármacos.
Se sabe que entre un 10 y un 25 % de humanos con el virus tardan un tiempo largo o sencillamente inhiben al virus. Entonces ésta resistencia está siendo estudiada en el proyecto genoma humano para recombinar los genes con resistencia a la infección.
TRABAJO PERSONAL.-
- ¿Se pueden eliminar todas las cepas del virus con un fármaco en particular? ¿Por qué?
- ¿Cómo surge la resistencia viral al fármaco?
- ¿Qué ventajas tienen las terapias combinadas para enfrentar el virus?
- ¿Qué diferencia y semejanza existe entre la resistencia viral y bacteriana?
- ¿Por qué no se han podido implementar las vacunas contra las proteínas virales gp120 y/o gp 41?
-
- Nombre prevenciones contra el Sida. ¿Qué es la CONASIDA?
1. Investiga Experimento de Jenner.
La Técnica de Jenner se expandió ampliamente en Europa, pero no fue hasta 100 años después que se aplicó en otras enfermedades, como el cólera, gracias a los trabajos de Lois Pasteur.
INMUNIDAD INNATA
La inmunidad Innata, Natural o Nativa incluyen todos los mecanismos que posee el organismo para combatir al microorganismo antes de que ocurra la infección. Corresponde a la primera línea defensiva contra agentes patógenos.
COMPONENTES
1.- Barreras Físicas o Mecánicas:
Son los tejidos epiteliales que cubren y revisten superficies y cavidades de nuestro cuerpo.
Ej.- Piel: gruesa barrera física que impide y dificultas el ingreso de agentes patógenos.
Tejidos mucosos: ubicada en las cavidades del cuerpo que se comunican con el exterior, producen Mucus que atrapa microbios.
2.- Barreras Químicas:
Son secreciones que afectan el desarrollo de los microbios ya sea por su efecto bactericida (Lisozima) o de limpieza. . Ej.- lágrima, saliva, sudor y sebo.
3.- Células Fagocíticas:
Sí los patógenos superan las barreras Físicas y químicas, el organismo dispone de otra línea de defensa, representada por células con capacidad fagocítica. Dentro de ellas encontramos:
- Macrófagos: leucocitos derivados de un precursor (Monocito) presente en la sangre, se diferencia y pasa a ciertos tejidos como SNC, huesos, hígado y otros. Atrapan indiscriminadamente todo aquello que les resulte ajeno.
- Neutrofilos y Células NK o Asesinas Naturales: Son células fagocíticas. Las NK corresponden a una variante de linfocitos que pueden fagocitar a células infectadas por Virus, células tumorales y complementar la inmunidad adaptativa.
4.- Proteínas Plasmáticas:
Son una serie de proteínas llamadas: Citoquinas, Interleuquinas o linfoquinas. Participan en la inducción de la respuesta inflamatoria, en la regulación de la producción de Glóbulos Blancos y la producción de Anticuerpos, entre otras funciones.
5.- Interferones y Proteínas del Sistema del Complemento:
Los Interferones son proteínas liberadas por las células del organismo que han sido infectadas por virus o por macrofagos. Los interferones son captados por células específicas, que poseen receptores para ello y responden secretando péptidos que inhiben o interfieren la replicación viral. Otra función es estimular la actividad de células fagociticas.
6.- El Sistema del Complemento son proteínas que cuando se activan complementan y potencian ciertas reacciones alérgicas inmunes e inflamatorio. Son 11 proteínas presentes en el suero que se activan en cascada conduciendo como efecto final a una lisis celular. Para que el sistema se active, se requiere de una membrana biológica que presente receptores para los fragmentos peptídicos que surgen a medida que el sistema se activa. Ante un estímulo adecuado, una de ellas se activa adquiriendo actividad enzimática por fragmentación o cambio conformacional. Esta molécula que cambio, activa a la siguiente y asi sucesivamente hasta el final de la cascada. Este consiste en la formación de un polímero que se inserta en la membrana plasmática de la célula blanco alterándola e induciendo su muerte osmótica. Las proteínas de este sistema se representan con la letra C y un subíndice numérico.
INMUNIDAD ADAPTATIVA O ESPECÍFICA.-
La INMUNIDAD ADAPTATIVA, a diferencia de la INNATA, es un mecanismo altamente evolucionado y especifico y que se encuentra sólo en vertebrados.
La INMUNIDAD ADAPTATIVA surge como respuesta a exposiciones de agentes infecciosos específicos e incrementa en magnitud y capacidad con cada exposición a un microbio en particular.
¿Puede esta última frase responder al nombre de inmunidad adaptativa? Fundamente.
Sus principales características son la especificidad y la memoria ante repetidas exposiciones al mismo microbio. Los principales componentes son los linfocitos y sus productos, ellos responden a agentes extraños al organismo, conocidos como ANTÍGENOS.
A.- INMUNIDAD ADAPTATIVA HUMORAL: un tipo especial de célula plasmática, los linfocito B producen los anticuerpos, que son inmunoglobulinas específicas a un antígeno particular. Los anticuerpos pueden neutralizar la capacidad de infectar y marcarlos para su posterior eliminación. Son también específicos en cuanto a la respuesta: algunos promueven la fagocitosis y otros producen respuesta inflamatoria o activan al sistema complemento. Son la principal defensa ante microbios celulares y sus toxinas.
B.- INMUNIDAD ADAPTATIVA CELULAR: los microbios intracelulares como bacterias y los virus, pueden sobrevivir y proliferar dentro de fagocitos u otras células hospederas, evitando la acción de los anticuerpos. Entonces, la INMUNIDAD CELULAR promueve su destrucción o la destrucción de las células infectadas. Los responsables de la acción son los linfocitos T.
FASES DE LA RESPUESTA ADAPTATIVA.-
Las etapas de la acción adaptativa logran la eliminación del antígeno, recuperando la homeostasis, y además, queda con células memorionas para una próxima acción al antígeno. Las fases son:
1. reconocimiento del antígeno: cada organismo genera una gran variedad de linfocitos, de los cuales se seleccionan a los que van a reaccionar contra antígenos, que el organismo enfrentará durante su vida (teoría de la selección clonal). Esto está determinado por ciertas proteínas de la superficie de la membrana celular del linfocito, que actúan como receptores para el antígeno específico.
2. activación de los linfocitos: en esta etapa, conocida como hipótesis de las dos señales, se requiere de:
- la presencia del antígeno o productos microbianos, como 1ª señal, que asegura una respuesta especifica; y la manifestación de la respuesta innata, 2ª señal, que actúa oportunamente ante la presencia de un agente nocivo.
La respuesta de los linfocitos a ambas señales determina la síntesis de proteínas específicas, proliferación celular y diferenciación a células efectoras y de memoria.
3. fase efectora o de eliminación del antígeno: los linfocitos, activados por un antígeno específico, llevan a cabo la eliminación de este último. Ambos mecanismos, linfocitos B y T, requieren de la participación de los componentes de la inmunidad innata.
UNIDAD: SALUD, ENFERMEDAD Y SISTEMA INMUNE.-
El SISTEMA INMUNE nos mantiene protegidos de la acción de microbios. La mejor forma de combatir las enfermedades infecciosas es la PREVENCIÓN.
INFECCIONES BACTERIANAS.-
Las bacterias patógenas producen enfermedades y son específicas, aunque algunas veces una no patógena puede llegar a serlo si se localiza en una ubicación diferente a la habitual, como la Bacteroides que forma parte del tracto intestinal y puede producir peritonitis en caso de lesión del colon. Estos microbios se conocen como patógenos oportunistas.
Las consecuencias que puede ocasionar una infección bacteriana dependen de diversos factores:
a. Invasividad: corresponde a la capacidad del patógeno para multiplicarse en el hospedero.
b. Susceptibilidad del hospedero: depende de la edad, sexo, nutrición y disposición genética del hospedero, que lo hacen más o menos resistente a la acción de la bacteria.
c. Condiciones del medio: si las condiciones de saneamiento son precarias, el medio se convierte en un ambiente propicio para la multiplicación bacteriana, aumentando las posibilidades de infección.
d. Producción de sustancias: la capacidad de enfermar está determinada por el daño al hospedero y también por la cantidad de sustancias químicas que lo afecten. Estas sustancias químicas son las toxinas, y pueden ser de dos tipos:
- endotoxinas: son polisacáridos membranosos de las bacterias Gram negativas. Su toxicidad reside en la región lipídica, ya que cuando la bacteria se destruye, sus lípidos se unen a las células del sistema inmune provocando fiebre y otros síntomas asociados a la infección.
- Exotoxinas: son secreciones bacterianas que producen trastornos neurológicos, como ocurre en el tétanos (Clostridium tetan), o digestivos como en el cólera (Vibrio cholerae)
Los ANTIBIOTICOS son herramientas terapeuticas que combaten a las bacterias, como la penicilina o tetraciclina. Los antibióticos inhiben el crecimiento bacteriano o los destruyen, erradicando la enfermedad.
El primer antibiótico fue descubierto por Alexander Fleming, en 1928. el noto que en torno al moho Penicillium notatum no crecían bacterias. Lo hizo pensar que liberaban una sustancia que las afectaba. Este era la penicilina. Al comienzo, los antibióticos solo tenían origen natural, luego fueron modificados químicamente y en la actualidad se sintetizan en laboratorios, aumentando su capacidad antimicrobiana.
Los antibióticos se incorporan a las bacterias interfiriendo en el metabolismo bacteriano, como la penicilina que impide la síntesis de la pared celular bacteriana y la tetraciclina que inhibe la síntesis de proteínas al actuar sobre los ribosomas.
Los antibióticos son altamente específicos, no afectando las células eucariotas o a sus ribosomas, que son diferentes a las procariotas. En todo caso el antibiograma es una técnica que consiste en impregnar discos de papel con el antibiótico a evaluar y colocarlos con diferentes cultivos bacterianos. Si el antibiótico es efectivo se forma un halo de inhibición. De acuerdo al tamaño del halo se da una idea sobre que cultivo bacteriano es mas eficaz el antibiótico.
INFECCIONES VIRALES.-
Los VIRUS tienen diferentes mecanismos de infección, ya se trate de un virus ADN o ARN. Para esto revisaremos la acción de algunos virus.
- Virus Hanta: es un virus ARN con manto. Ingresa a la célula hospedera donde se replica. Produce el síndrome pulmonar con mortalidad del 50 %. El reservorio son los ratones silvestres entre los cuales el oligoryzomys longicaudatus (ratón colilargo) es el más preocupante. Sus síntomas asemejan a la gripe común, con fiebre, cefalea, dolores musculares y abdominales, nauseas y vómitos. Luego se agudizan y sube bruscamente la temperatura y la dificultad para respirar por la acumulación de líquido en los pulmones.
TRABAJO PERSONAL.-
- En los medios de prensa, radio y TV, se han difundido una serie de medidas preventivas para el Hanta. Nombre al menos 5 de dichas prevenciones.
- ¿Por qué no se debe eliminar a los zorros, lechuzas y culebras? Fundamente.
- ¿En que regiones se han presentado más casos? ¿Cuál seria el motivo?
- VIH o virus de la inmunodeficiencia humana: en 1981 aparece un síndrome con un lento y gradual desmantelamiento del sistema inmune, lo que conduce a la persona a una muerte segura por la acción de enfermedades infecciosas oportunistas; es el VIH. Es un retrovirus que ha transformado a este síndrome en pandemia. Se extiende rápidamente por el mundo entero.
El virus presenta dos tipos: VIH-1 y VIH-2. esta rodeado por una capa de lípidos con glicoproteínas gp 120 y gp 41. Con estas proteínas el virus se introduce en las células del sistema inmune.
El virus ingresa al organismo por relaciones sexuales, compartir agujas con persona infectada, por el traspasa de medre portadora al feto, ya sea durante el embarazo, parto o lactancia. Su principal blanco son los linfocitos T helpers o Linfocitos T CD4, llamados así porque en su superficie tienen la proteína CD4 que se combina con la gp120, produciendo el inicio de la infección viral.
Fases de la infección viral:
- Fase aguda: aumenta rápidamente la carga viral y paralelamente disminuyen los linfocitos T CD4, en las 3 primeras semanas. Se puede tener fiebre, inflamación de ganglios, cefaleas y dolores musculares.
- Fase crónica: disminuyen los síntomas como resistencia del sistema inmune sobre el virus. Recuperación aparente con concentración constante de virus en el organismo. Puede durar unos 8 a 10 años, se sienten bien y los síntomas casi no existen. Los linfocitos T CD4 estimulan a los linfocitos citotóxicos (CD8) para que destruyan a las hospederas del virus y, además, ayudan a los linfocitos B para que sinteticen anticuerpos contra las partículas virales libres.
- Desarrollo del Sida: el virus provoca la destrucción de los linfocitos y su recuento es inferior a 200 por milímetro cúbico. El sistema inmune es superado por el virus y las enfermedades oportunistas se manifiestan. Algunas son la neumonía y la toxoplasmosis, la sobrevida no supera los 2 años.
TRABAJO PERSONAL.-
- Análisis del siguiente grafico:
Fase aguda fase crónica sida
- ¿Qué ocurre con la cantidad de linfocitos T CD4 y la cantidad de virus, en cada etapa?
- ¿Cómo se explican estas variaciones?
- ¿Qué valor aproximado debe alcanzar el recuento de linfocitos T CD4 para diagnosticar el sida?
- ¿Qué factores pueden influir en la extensión de la fase crónica?
El tratamiento ideal para combatir el sida es la elaboración de una vacuna que evite la infección e impida el desarrollo de la enfermedad, lamentablemente no ha sido creada.
El otro mecanismo es la farmacoterapia que ha dado resultados positivos, usando el AZT o zidovudina que inhibe la transcriptasa reversa, pero es transitoria. Además, se implementan terapias combinadas para reducir la carga viral. La limitante es la resistencia del virus a los fármacos.
Se sabe que entre un 10 y un 25 % de humanos con el virus tardan un tiempo largo o sencillamente inhiben al virus. Entonces ésta resistencia está siendo estudiada en el proyecto genoma humano para recombinar los genes con resistencia a la infección.
TRABAJO PERSONAL.-
- ¿Se pueden eliminar todas las cepas del virus con un fármaco en particular? ¿Por qué?
- ¿Cómo surge la resistencia viral al fármaco?
- ¿Qué ventajas tienen las terapias combinadas para enfrentar el virus?
- ¿Qué diferencia y semejanza existe entre la resistencia viral y bacteriana?
- ¿Por qué no se han podido implementar las vacunas contra las proteínas virales gp120 y/o gp 41?
-
- Nombre prevenciones contra el Sida. ¿Qué es la CONASIDA?
Unidad: MICROORGANISMOS
-FISIOLOGÍA DE LAS BACTERIAS: NUTRICIÓN Y REPRODUCCIÓN
Del griego, bakteria, ‘bastón’, es un grupo abundante de organismos unicelulares y microscópicos, que carecen de núcleo diferenciado y se reproducen por división celular sencilla.
No todas las bacterias tienen capacidad de movimiento, pero las que lo hacen se desplazan gracias a la presencia de apéndices filamentosos denominados flagelos (Figura 1). Éstos pueden localizarse a lo largo de toda la superficie celular o en uno o ambos extremos, y pueden estar aislados o reunidos en grupo. Dependiendo de la dirección en que gire el flagelo, la bacteria puede moverse avanzando o agitándose en una dirección concreta. La duración de los movimientos de avance en relación a los de giro, está asociada a receptores presentes en la membrana bacteriana; estas variaciones permiten a la bacteria acercarse a determinadas sustancias, como partículas alimenticias, y alejarse de aquellas condiciones ambientales adversas. En algunas bacterias acuáticas, que contienen partículas ricas en hierro, el movimiento se orienta según el campo magnético.
Una bacteria simplificada está formada por tres capas externas que envuelven las estructuras internas; la capsula, capa pegajosa protege la pared celular rígida, que a su vez cubre la membrana celular semipermeable. El flagelo es un medio de locomoción y los pelos que se extienden por fuera de la cápsula ayudan a la bacteria a sujetarse a las superficies. El material genético, pegado a una zona de la membrana plasmica, está contenido en el ADN único y circular que forma el nucleoide. Los ribosomas que flotan en el citoplasma intervienen en la síntesis de proteínas.
TIPOS NUTRICIONALES
-En el ámbito de las bacterias se encuentran todos los tipos de nutrición que puedan poseer las células. Así pues, desde este punto de vista (nutricional), distinguimos cuatro tipos de bacterias:
1) Fotoautótrofas
-Utilizan luz como fuente de energía. -La fuente de materia más frecuente es el CO2 (lo fijan, igual que las plantas, incorporándolo al ciclo de Calvin).
-También pueden utilizar azufre (H2S) o nitrógeno (NH3) como fuente de materia para obtener las moléculas necesarias para su metabolismo.
-Son gramnegativas.
2) Fotoheterótrofas
-También utilizan luz como fuente de energía.
-Utilizan compuestos orgánicos (ác.grasos y glúcidos) como fuente de materia, y se nutren de ellos; este es un proceso anaeróbico, aunque algunas especies son aeróbicas (y pueden crecer en la oscuridad por oxidación de sustratos orgánicos).
-Son gramnegativas.
3) Quimioautótrofas
-No precisan luz para crecer y utilizan diversos sustratos inorgánicos (NO2-, NH3, H2S, CO) tanto como fuente de energía como de materia; los oxidan para obtener energía y poder sintetizar materia orgánica. -Pueden ser grampositivas o gramnegativas
4) Quimioheterótrofas
-Constituyen la mayoría, y utilizan sustratos orgánicos como fuente de energía y de materia.
-Las hay grampositivas y gramnegativas (éstas siempre aerobias).
-Dentro de este grupo hay bacterias saprofitas, simbiontes y parásitas-patógenas.
-Desde el punto de vista de la degradación de la materia orgánica y la obtención de energía química (ATP), las bacterias pueden ser:
1) Aerobias: cuando utilizan O2 para degradar (oxidar) la materia orgánica y obtener ATP.
2) Anaerobias: cuando no utilizan O2 y degradan la materia orgánica por medio de procesos fermentativos. A su vez, pueden ser:
a) Anaeróbicas estrictas: no toleran el O2 y mueren.
b) Anaeróbicas facultativas: si hay presencia de O2 en el medio, lo utilizan, si no, pueden prescindir de él y utilizar vías fermentativas.
c) Anaeróbicas aerotolerantes: no utilizan el O2, pero toleran su presencia.
MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN GENÉTICA, REPRODUCCION: FISIÓN BINARIA.-
-La reproducción de las bacterias es asexual. Se realiza mediante una bipartición, a la que precede una duplicación del ADN y una separación de las dos moléculas en las dos bacterias hijas.
El crecimiento bacteriano está regulado por la síntesis de la pared y la duplicación del ADN. La división empieza con una invaginación de la membrana citoplasmática que da origen a un septo o tabique transversal. La separación de las dos células va acompañada de la segregación en cada una de ellas de uno de los genomas que proviene de la previa duplicación del ADN.
Son organismos con una división continua, algunas con ciclo de 20 minutos. Existe una fase logarítmica caracterizada por un crecimiento de máxima velocidad en intervalos regulares, llegando a un momento en que la competencia por espacio y alimento detiene el crecimiento en una fase estacionaria, para luego decrecer.
Un cultivo microbiano pasa típicamente por cuatro fases de crecimiento, distintas y secuenciales: la fase de latencia o fase lag (lag, en inglés, significa "retraso"), la fase log (también llamada logarítmica o exponencial), la fase estacionaria y la fase de muerte . EL ciclo comienza generalmente con la fase lag.
-Al margen de ello, las bacterias poseen mecanismos parasexuales mediante los cuales intercambian información genética (fragmentos de ADN) con otras bacterias, sean o no de la misma especie.
Esta transferencia de material genético pueden realizarla a través de tres mecanismos: conjugación, transducción y transformación.
CONJUGACIÓN
-Es un proceso en el que una bacteria donadora (F+) transmite ADN, a través de fimbrias, a otra bacteria receptora (F-).
-Existen dos tipos de bacterias donadoras:
a) Bacterias F+ : poseen plásmidos (episomas o factores F) no integrados en el genóforo.
b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el genóforo.
En ocasiones, una bacteria F+ puede pasar a Hfr si su episoma se incorpora al ADN bacteriano.
-Las bacterias F+ suelen transferir únicamente el factor F, que, en principio, no se recombina con el ADN de la bacteria receptora (ésta se significa por F- y queda convertida en F+).
-En cuanto a las bacterias Hfr:
• antes de la conjugación, duplican su ADN, incluido el factor F.
• al transcribir la copia de ADN, generalmente sólo pasa un fragmento de ésta a la bacteria receptora F-.
• el factor F o episoma suele quedar en el interior de la bacteria donadora.
• el ADN transferido se recombina con el ADN de la bacteria receptora.
TRANSDUCCIÓN
-Es un mecanismo de intercambio genético que requiere un agente transmisor, concretamente un virus bacteriófago, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada.
-El proceso tiene lugar como sigue:
• el ADN del fago penetra en una bacteria A receptora, y se integra, como provirus, en su genóforo.
• en un momento dado, el provirus se replica arrastrando un fragmento del ADN bacteriano; además, el ADN del fago transcribe y traduce su información para la síntesis de las proteínas que constituirán los capsómeros de las cápsidas de los nuevos virus.
• tras formarse múltiples copias del fago, se produce la lisis de la bacteria A quedando libres los virus que portan también material genético de la bacteria A.
• alguno de estos nuevos virus infecta a otra bacteria B receptora y se integra en su cromosoma; de esta manera, la información genética del virus más el fragmento de ADN procedente de la bacteria A se comporta como parte del genóforo de la bacteria B, y es replicada junto con el resto de ésta (el ciclo puede así continuar).
TRANSFORMACIÓN
-Es un proceso por el cual una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN, que aparecen libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.
-Este mecanismo es el responsable de la transformación de cepas bacterianas no virulentas (cepas R) en virulentas (cepas S), cuando se cultivan en medios que contienen fragmentos de ADN procedentes de la cepa S destruida previamente (por ejemplo, por calor).
-PRIONES, VIROIDES Y VIRUS
-Existen organismos en la 'frontera de la vida', que se les podría considerar como formas regresivas por dos razones:
a)porque se cree proceden de formas más complejas, y
b)porque necesitan de otros seres vivos, con organización celular, para poder reproducirse.
Referidos a los priones (formados por proteínas), a los viroides (constituidos por ARN) y a los virus (integrados por un ácido nucleico y proteínas).
PRIONES
-Caracteres generales:
a)Son pequeñas partículas infecciosas (patógenos capaces de resistir a los tratamientos que inactivan a los ácidos nucleicos).
b)Están compuestos por proteínas.
c)Tienen un gran poder de asociación.
d)Poseen afinidad por las proteínas hidrófilas de las membranas celulares.
e)Tienen capacidad para producir nuevos priones (especialmente en células nerviosas).
-Hay una cierta controversia en cuanto a la presencia o ausencia de ác. nucleico en los priones:
- se acepta que algún gen del ADN-huésped codifica las proteínas del prión, o que éste tiene capacidad codificadora y formadora de nuevas proteínas priónicas.
- se cree que estas proteínas priónicas adquirirían una configuración espacial distinta, induciendo a las proteínas 'normales' a que también tengan la conformación priónica.
- se piensa, en resumen, que los priones son capaces también de autoreplicarse dentro de las células huésped.
-de cualquier modo, actualmente se sabe que en el cromosoma 20 humano se encuentra un gen que codifica las proteínas de un prión causante de una enfermedad nerviosa, el conocido síndrome de Creutzfeld-Jakob.
VIROIDES
-Son partículas infectivas de ARN monocatenario (circular o lineal) no protegidas por ningún tipo de cubierta. El ARN puede presentar fragmentos bicatenarios por pliegues de la misma y única hebra.
-Se sabe que el viroide no actúa como ARNm que se deja traducir en proteínas por los ribosomas de la célula huésped.
-El viroide, en su replicación, aprovecha los sietmas enzimáticos de la célula huésped (como los virus). Suelen estar asociados a enfermedades de las plantas.
VIRUS.-
Caracteres generales
-Descubiertos a finales del siglo XIX, enseguida se puso de manifiesto su carácter infectivo (Pasteur, 1884). (La primera imagen de un virus se obtuvo en 1942 mediante microscopía electrónica).
-Tienen un tamaño que oscila entre 30 y 300 milimicras.
-Pueden autorreplicarse y están constituidos por una o varias moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) infectivo rodeado por una cápsula proteica llamada cápsida.
-No poseen citoplasma ni metabolismo propio. No son capaces de llevar a cabo reacciones químicas (carecen de sistemas enzimáticos), por lo que necesitan un huésped para reproducirse, utilizando su maquinaria sintética para realizar múltiples copias de sí mismos que infectan a nuevas células; es decir, son parásitos obligados.
Estructura de los virus
-Las partículas víricas se llaman viriones, y pueden estar constituidos por ácidos nucleicos, la cápsida y la envoltura.
1) Ác. nucleicos: -Son de cadena corta y pueden ser de ADN o de ARN.
-Los de cadena lineal o circular pueden ser sencillos o dobles.
-Los virus que contienen ARN (retrovirus) tienen la capacidad de copiar, a partir de una hebra simple de ARN, una doble hélice de ADN (gracias a la retrotranscriptasa).
2) Cápsida: -Estructura constituida por elementos proteicos llamados capsómeros, agregados en torno al ác.nucleico.
-Hay distintos tipos de cápsidas con diferentes formas geométricas: helicoidal, icosaédrica y compleja.
-Los que poseen cápsida compleja infectan a las bacterias y se llaman bacteriófagos. Poseen cabeza, cola y sistema de anclaje.
3) Envoltura: -Está constituida por una bicapa lipídica en la que puede haber alguna proteína integral, encargada de la unión del virus a la célula que va a parasitar (infectar).
-Según la presencia o ausencia de envoltura, los virus se clasifican en:
a)virus animales: con envoltura.
b)virus vegetales y bacteriófagos: sin envoltura o desnudos.
Ciclo vital de un fago
-Los virus realizan las siguientes fases en su ciclo de multiplicación:
1)Entrada en el citoplasma de la célula huésped.
2)Reproducción de las partículas víricas (viriones).
3)Salida de los virus al exterior de la célula infectada.
1) Fase de fijación o adsorción: El ciclo se inicia con esta fase, en la que el virus se une a un receptor específico situado sobre la cubierta de la cápsula de la bacteria.
2) Fase de penetración: En esta fase, únicamente es inyectado el ácido nucleico del virus (ADN) en el interior de la bacteria
-Aunque los virus vegetales (desnudos) son los más desconocidos, se sabe que el ciclo vital de cada virus animal (con envoltura) es distinto y específico.
3) Fase de replicación y síntesis de componentes virales: En esta fase no se detectan virus en el interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hospedadora hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos celulares (ribosomas, mitocondrias, aminoácidos y otros). A partir de este momento, el virus puede seguir dos ciclos diferentes:
a) Ciclo lítico: El ADN del virus sirve de molde para formar los ARNm, que serán los encargados de sintetizar las proteínas de la cápsida y de obtener muchas copias del ác.nucleico del virus.
Cuando se han sintetizado cantidades suficientes, comienza el ensamblaje de las partículas víricas, de tal forma que el ác.nucleico se rodea de las proteínas de la cápsida y la bacteria se lisa, liberando gran cantidad de bacteriófagos.
b) Ciclo lisogénico: El genoma del virus queda integrado en el genóforo bacteriano, de tal forma que no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria. En este estado se habla de virus atenuado o profago.
Si la bacteria que contiene el profago sufre alguna alteración (exposición a radiación ultravioleta, por ejemplo), el virus integrado en el genoma bacteriano sale de éste y comienza el ciclo lítico.
http://www.eluniversitario.com.ar/biologia.htm
Del griego, bakteria, ‘bastón’, es un grupo abundante de organismos unicelulares y microscópicos, que carecen de núcleo diferenciado y se reproducen por división celular sencilla.
No todas las bacterias tienen capacidad de movimiento, pero las que lo hacen se desplazan gracias a la presencia de apéndices filamentosos denominados flagelos (Figura 1). Éstos pueden localizarse a lo largo de toda la superficie celular o en uno o ambos extremos, y pueden estar aislados o reunidos en grupo. Dependiendo de la dirección en que gire el flagelo, la bacteria puede moverse avanzando o agitándose en una dirección concreta. La duración de los movimientos de avance en relación a los de giro, está asociada a receptores presentes en la membrana bacteriana; estas variaciones permiten a la bacteria acercarse a determinadas sustancias, como partículas alimenticias, y alejarse de aquellas condiciones ambientales adversas. En algunas bacterias acuáticas, que contienen partículas ricas en hierro, el movimiento se orienta según el campo magnético.
Una bacteria simplificada está formada por tres capas externas que envuelven las estructuras internas; la capsula, capa pegajosa protege la pared celular rígida, que a su vez cubre la membrana celular semipermeable. El flagelo es un medio de locomoción y los pelos que se extienden por fuera de la cápsula ayudan a la bacteria a sujetarse a las superficies. El material genético, pegado a una zona de la membrana plasmica, está contenido en el ADN único y circular que forma el nucleoide. Los ribosomas que flotan en el citoplasma intervienen en la síntesis de proteínas.
TIPOS NUTRICIONALES
-En el ámbito de las bacterias se encuentran todos los tipos de nutrición que puedan poseer las células. Así pues, desde este punto de vista (nutricional), distinguimos cuatro tipos de bacterias:
1) Fotoautótrofas
-Utilizan luz como fuente de energía. -La fuente de materia más frecuente es el CO2 (lo fijan, igual que las plantas, incorporándolo al ciclo de Calvin).
-También pueden utilizar azufre (H2S) o nitrógeno (NH3) como fuente de materia para obtener las moléculas necesarias para su metabolismo.
-Son gramnegativas.
2) Fotoheterótrofas
-También utilizan luz como fuente de energía.
-Utilizan compuestos orgánicos (ác.grasos y glúcidos) como fuente de materia, y se nutren de ellos; este es un proceso anaeróbico, aunque algunas especies son aeróbicas (y pueden crecer en la oscuridad por oxidación de sustratos orgánicos).
-Son gramnegativas.
3) Quimioautótrofas
-No precisan luz para crecer y utilizan diversos sustratos inorgánicos (NO2-, NH3, H2S, CO) tanto como fuente de energía como de materia; los oxidan para obtener energía y poder sintetizar materia orgánica. -Pueden ser grampositivas o gramnegativas
4) Quimioheterótrofas
-Constituyen la mayoría, y utilizan sustratos orgánicos como fuente de energía y de materia.
-Las hay grampositivas y gramnegativas (éstas siempre aerobias).
-Dentro de este grupo hay bacterias saprofitas, simbiontes y parásitas-patógenas.
-Desde el punto de vista de la degradación de la materia orgánica y la obtención de energía química (ATP), las bacterias pueden ser:
1) Aerobias: cuando utilizan O2 para degradar (oxidar) la materia orgánica y obtener ATP.
2) Anaerobias: cuando no utilizan O2 y degradan la materia orgánica por medio de procesos fermentativos. A su vez, pueden ser:
a) Anaeróbicas estrictas: no toleran el O2 y mueren.
b) Anaeróbicas facultativas: si hay presencia de O2 en el medio, lo utilizan, si no, pueden prescindir de él y utilizar vías fermentativas.
c) Anaeróbicas aerotolerantes: no utilizan el O2, pero toleran su presencia.
MECANISMOS DE RECOMBINACIÓN GENÉTICA, REPRODUCCION: FISIÓN BINARIA.-
-La reproducción de las bacterias es asexual. Se realiza mediante una bipartición, a la que precede una duplicación del ADN y una separación de las dos moléculas en las dos bacterias hijas.
El crecimiento bacteriano está regulado por la síntesis de la pared y la duplicación del ADN. La división empieza con una invaginación de la membrana citoplasmática que da origen a un septo o tabique transversal. La separación de las dos células va acompañada de la segregación en cada una de ellas de uno de los genomas que proviene de la previa duplicación del ADN.
Son organismos con una división continua, algunas con ciclo de 20 minutos. Existe una fase logarítmica caracterizada por un crecimiento de máxima velocidad en intervalos regulares, llegando a un momento en que la competencia por espacio y alimento detiene el crecimiento en una fase estacionaria, para luego decrecer.
Un cultivo microbiano pasa típicamente por cuatro fases de crecimiento, distintas y secuenciales: la fase de latencia o fase lag (lag, en inglés, significa "retraso"), la fase log (también llamada logarítmica o exponencial), la fase estacionaria y la fase de muerte . EL ciclo comienza generalmente con la fase lag.
-Al margen de ello, las bacterias poseen mecanismos parasexuales mediante los cuales intercambian información genética (fragmentos de ADN) con otras bacterias, sean o no de la misma especie.
Esta transferencia de material genético pueden realizarla a través de tres mecanismos: conjugación, transducción y transformación.
CONJUGACIÓN
-Es un proceso en el que una bacteria donadora (F+) transmite ADN, a través de fimbrias, a otra bacteria receptora (F-).
-Existen dos tipos de bacterias donadoras:
a) Bacterias F+ : poseen plásmidos (episomas o factores F) no integrados en el genóforo.
b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el genóforo.
En ocasiones, una bacteria F+ puede pasar a Hfr si su episoma se incorpora al ADN bacteriano.
-Las bacterias F+ suelen transferir únicamente el factor F, que, en principio, no se recombina con el ADN de la bacteria receptora (ésta se significa por F- y queda convertida en F+).
-En cuanto a las bacterias Hfr:
• antes de la conjugación, duplican su ADN, incluido el factor F.
• al transcribir la copia de ADN, generalmente sólo pasa un fragmento de ésta a la bacteria receptora F-.
• el factor F o episoma suele quedar en el interior de la bacteria donadora.
• el ADN transferido se recombina con el ADN de la bacteria receptora.
TRANSDUCCIÓN
-Es un mecanismo de intercambio genético que requiere un agente transmisor, concretamente un virus bacteriófago, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada.
-El proceso tiene lugar como sigue:
• el ADN del fago penetra en una bacteria A receptora, y se integra, como provirus, en su genóforo.
• en un momento dado, el provirus se replica arrastrando un fragmento del ADN bacteriano; además, el ADN del fago transcribe y traduce su información para la síntesis de las proteínas que constituirán los capsómeros de las cápsidas de los nuevos virus.
• tras formarse múltiples copias del fago, se produce la lisis de la bacteria A quedando libres los virus que portan también material genético de la bacteria A.
• alguno de estos nuevos virus infecta a otra bacteria B receptora y se integra en su cromosoma; de esta manera, la información genética del virus más el fragmento de ADN procedente de la bacteria A se comporta como parte del genóforo de la bacteria B, y es replicada junto con el resto de ésta (el ciclo puede así continuar).
TRANSFORMACIÓN
-Es un proceso por el cual una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN, que aparecen libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.
-Este mecanismo es el responsable de la transformación de cepas bacterianas no virulentas (cepas R) en virulentas (cepas S), cuando se cultivan en medios que contienen fragmentos de ADN procedentes de la cepa S destruida previamente (por ejemplo, por calor).
-PRIONES, VIROIDES Y VIRUS
-Existen organismos en la 'frontera de la vida', que se les podría considerar como formas regresivas por dos razones:
a)porque se cree proceden de formas más complejas, y
b)porque necesitan de otros seres vivos, con organización celular, para poder reproducirse.
Referidos a los priones (formados por proteínas), a los viroides (constituidos por ARN) y a los virus (integrados por un ácido nucleico y proteínas).
PRIONES
-Caracteres generales:
a)Son pequeñas partículas infecciosas (patógenos capaces de resistir a los tratamientos que inactivan a los ácidos nucleicos).
b)Están compuestos por proteínas.
c)Tienen un gran poder de asociación.
d)Poseen afinidad por las proteínas hidrófilas de las membranas celulares.
e)Tienen capacidad para producir nuevos priones (especialmente en células nerviosas).
-Hay una cierta controversia en cuanto a la presencia o ausencia de ác. nucleico en los priones:
- se acepta que algún gen del ADN-huésped codifica las proteínas del prión, o que éste tiene capacidad codificadora y formadora de nuevas proteínas priónicas.
- se cree que estas proteínas priónicas adquirirían una configuración espacial distinta, induciendo a las proteínas 'normales' a que también tengan la conformación priónica.
- se piensa, en resumen, que los priones son capaces también de autoreplicarse dentro de las células huésped.
-de cualquier modo, actualmente se sabe que en el cromosoma 20 humano se encuentra un gen que codifica las proteínas de un prión causante de una enfermedad nerviosa, el conocido síndrome de Creutzfeld-Jakob.
VIROIDES
-Son partículas infectivas de ARN monocatenario (circular o lineal) no protegidas por ningún tipo de cubierta. El ARN puede presentar fragmentos bicatenarios por pliegues de la misma y única hebra.
-Se sabe que el viroide no actúa como ARNm que se deja traducir en proteínas por los ribosomas de la célula huésped.
-El viroide, en su replicación, aprovecha los sietmas enzimáticos de la célula huésped (como los virus). Suelen estar asociados a enfermedades de las plantas.
VIRUS.-
Caracteres generales
-Descubiertos a finales del siglo XIX, enseguida se puso de manifiesto su carácter infectivo (Pasteur, 1884). (La primera imagen de un virus se obtuvo en 1942 mediante microscopía electrónica).
-Tienen un tamaño que oscila entre 30 y 300 milimicras.
-Pueden autorreplicarse y están constituidos por una o varias moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) infectivo rodeado por una cápsula proteica llamada cápsida.
-No poseen citoplasma ni metabolismo propio. No son capaces de llevar a cabo reacciones químicas (carecen de sistemas enzimáticos), por lo que necesitan un huésped para reproducirse, utilizando su maquinaria sintética para realizar múltiples copias de sí mismos que infectan a nuevas células; es decir, son parásitos obligados.
Estructura de los virus
-Las partículas víricas se llaman viriones, y pueden estar constituidos por ácidos nucleicos, la cápsida y la envoltura.
1) Ác. nucleicos: -Son de cadena corta y pueden ser de ADN o de ARN.
-Los de cadena lineal o circular pueden ser sencillos o dobles.
-Los virus que contienen ARN (retrovirus) tienen la capacidad de copiar, a partir de una hebra simple de ARN, una doble hélice de ADN (gracias a la retrotranscriptasa).
2) Cápsida: -Estructura constituida por elementos proteicos llamados capsómeros, agregados en torno al ác.nucleico.
-Hay distintos tipos de cápsidas con diferentes formas geométricas: helicoidal, icosaédrica y compleja.
-Los que poseen cápsida compleja infectan a las bacterias y se llaman bacteriófagos. Poseen cabeza, cola y sistema de anclaje.
3) Envoltura: -Está constituida por una bicapa lipídica en la que puede haber alguna proteína integral, encargada de la unión del virus a la célula que va a parasitar (infectar).
-Según la presencia o ausencia de envoltura, los virus se clasifican en:
a)virus animales: con envoltura.
b)virus vegetales y bacteriófagos: sin envoltura o desnudos.
Ciclo vital de un fago
-Los virus realizan las siguientes fases en su ciclo de multiplicación:
1)Entrada en el citoplasma de la célula huésped.
2)Reproducción de las partículas víricas (viriones).
3)Salida de los virus al exterior de la célula infectada.
1) Fase de fijación o adsorción: El ciclo se inicia con esta fase, en la que el virus se une a un receptor específico situado sobre la cubierta de la cápsula de la bacteria.
2) Fase de penetración: En esta fase, únicamente es inyectado el ácido nucleico del virus (ADN) en el interior de la bacteria
-Aunque los virus vegetales (desnudos) son los más desconocidos, se sabe que el ciclo vital de cada virus animal (con envoltura) es distinto y específico.
3) Fase de replicación y síntesis de componentes virales: En esta fase no se detectan virus en el interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hospedadora hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos celulares (ribosomas, mitocondrias, aminoácidos y otros). A partir de este momento, el virus puede seguir dos ciclos diferentes:
a) Ciclo lítico: El ADN del virus sirve de molde para formar los ARNm, que serán los encargados de sintetizar las proteínas de la cápsida y de obtener muchas copias del ác.nucleico del virus.
Cuando se han sintetizado cantidades suficientes, comienza el ensamblaje de las partículas víricas, de tal forma que el ác.nucleico se rodea de las proteínas de la cápsida y la bacteria se lisa, liberando gran cantidad de bacteriófagos.
b) Ciclo lisogénico: El genoma del virus queda integrado en el genóforo bacteriano, de tal forma que no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria. En este estado se habla de virus atenuado o profago.
Si la bacteria que contiene el profago sufre alguna alteración (exposición a radiación ultravioleta, por ejemplo), el virus integrado en el genoma bacteriano sale de éste y comienza el ciclo lítico.
http://www.eluniversitario.com.ar/biologia.htm
lunes, 1 de agosto de 2011
mecanismos de transporte
El intercambio de nutrientes en la celula es una de las funciones mas importantes de la membrana citoplasmatica, ya que de esta dependera el equilibrio y la supervivencia de la celula. Las membranas celulares están formadas por una bicapa lipídica, en cuyo interior confluyen las colas hidrofóbicas de las moléculas de lípidos.
Este mar lipídico interior es una barrera formidable para los iones y la mayoría de las moléculas hidrofílicas, pero permite el pasaje fácil de moléculas hidrofóbicas, tales como las hormonas esteroides. Las moléculas no polares pequeñas atraviesan libremente una bicapa lipídica.
Las moléculas polares relativamente grandes sin carga, o los pequeños iones (con carga) no pueden atravesar el interior hidrofóbico. El agua y otras moléculas polares pequeñas y sin carga difunden a través de la bicapa.
La mayoría de las moléculas orgánicas son hidrofílicas y no pueden atravesar libremente la barrera lipídica por difusión simple. De modo similar, los iones que son de importancia crucial en la vida de la célula no pueden difundir a través de la membrana. Los iones sodio (Na+) y cloruro (Cl-), en solución acuosa se encuentran rodeados por moléculas de agua y, tanto el tamaño como las cargas de los agregados resultantes impiden que los iones se deslicen a través de las aberturas momentáneas.
El transporte de estos agregados y de todas las moléculas hidrofílicas, depende de proteínas integrales de membrana que actúan como transportadores, transfiriendo a las moléculas hacia uno y otro lado de la membrana sin que entren en contacto con su interior hidrofóbico. (Curtis & Barnes)
Permeabilidad de la membrana citoplasmática.
Para entender como se da este proceso primero debemos conocer la estructura de estas proteina y asi comprender su función.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE MEMBRANA:
Los sistemas de transporte pueden ser de tres clases, todos ellos dependientes de energia como ATP, fuerza motriz de protones o a partir de compuestos de alta energia.
Los primeros sistemas aquellos que solo necesitan de una proteina transmembrana, otros que necesitan la proteina transmembrana y un componente periplasmatico y los ultimos que necesitan de varias proteinas para producir el transporte.
Transporte Simple, Traslocación de Grupo, Sistema ABC.
Este gráfico nos muestra las tres clases de sistema de transporte de membrana, el transporte simple dirigido por la energia derivada de la fuerza motriz de protones, la traslocacion de grupo en la cual se da la modificaciónn química de la sustancia transportada a partir del fosfoenolpiruvato y el sistema ABC en el que existe participacíon de proteínas periplásmaticas y energía derivada del ATP.
Estas proteinas transportadoras estructuralmente se constituyen por helices tipo alfa plegadas hacia atrás y adelante para formar un canal.
Los mecanismos de transporte pueden ser de tres tipos el sistema de transporte más simple, conocido como uniporte, un soluto en particular se mueve directamente a través de la membrana en una dirección, el tipo simporte dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultáneamente y en el mismo sentido. Frecuentemente, un gradiente de concentración, que involucra a uno de los solutos transportados, impulsa el transporte del otro; por ejemplo, un gradiente de concentración de iones Na+ frecuentemente impulsa el cotransporte de moléculas de glucosa. El ultimo mecanismo de cotransporte, conocido como antiporte, dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultánea o secuencialmente en sentidos opuestos. La bomba Na+ - K+ es un ejemplo de sistema de cotransporte que implica un antiporte.
Mecanismos de transporte transmembrana.
Difusión
Difusión simple , significa que la molécula puede pasar directamente a través de la membrana. La difusión es siempre a favor de un gradiente de concentración. Esto limita la máxima concentración posible en el interior de la célula (o en el exterior si se trata de un producto de desecho).
La efectividad de la difusión está limitada por la velocidad de difusión de la molécula.
Por lo tanto si bien la difusión es un mecanismo de transporte suficientemente efectivo para alguna moléculas (por ejemplo el agua), la célula debe utilizar otros mecanismo de transporte para sus necesidades.
Difusión facilitada
La difusión facilitada utiliza canales (formados por proteínas de membrana) para permitir que moléculas cargadas (que de otra manera no podrían atravesar la membrana) difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula. Estos canales son usados sobre todo por iones pequeños tales como K+, Na+, Cl-.
La velocidad del transporte facilitado esta limitado por el numero de canales disponibles (ver que la curva indica una "saturación") mientras que la velocidad de difusión depende solo del gradiente de concentración.
Transporte activo
El transporte activo requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana, pero el transporte activo es el único que puede transportar moléculas contra un gradiente de concentración, al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes.
Son de interés dos grandes categorías de transporte activo, primario y secundario. El transporte activo primario usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína.
El ejemplo mas conocido es la bomba de Na+/K+. La bomba de Na+/K+ realiza un contratransporte("antyport") transporta K+ al interior de la célula y Na+ al exterior de la misma, al mismo tiempo, gastando en el proceso ATP.
El transporte activo secundario utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular, y luego utiliza ese gradiente para transportar una molécula de interés contra su gradiente de concentración.
Un ejemplo de ese mecanismo es el siguiente: Escherichia coli establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula.
Este transporte acoplado en la misma dirección a través de la membrana celular se denomina cotransporte ("symport"). Escherichia coli utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azucares tales como ribosa y arabinosa, como así también numerosos aminoácidos.
El mecanismo de transporte secundario Na+-glucosa
Otro sistema de transporte secundario usa la bomba de Sodio/Potasio en una primera etapa, genera así un fuerte gradiente de Sodio a través de la membrana. Luego la proteína "simport" para el sistema Sodio-Glucosa usa la energía del gradiente de Sodio para transportar Glucosa al interior de la célula.
Este sistema se usa de manera original en las células epiteliales del intestino. Estas células toman glucosa y sodio del intestino y lo transportan al torrente sanguíneo utilizando la acción concertada de los "simport" para Sodio/Glucosa, la glucosa permeasa ( una proteína de difusión facilitada para la glucosa) y las bombas de Sodio/Potasio.
Se debe hacer notar que las células del intestino se encuentran unidas entre si por "uniones estrechas"( tight junctions) que impiden que nada proveniente del intestino pase al torrente sanguíneo sin ser primero filtradas por las células epiteliales.
Transporte Grueso
Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso:
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis:
Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudopodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudopodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa
Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.
Endocitosis mediada por receptor : este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un lisosoma siendo digerido por las enzimas de este último. El correspondiente a la captación de la LDL(lipoproteína que contiene ésteres de colesterol, ver cita bibliográfica) puede seguirse en el esquema.
Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el HIV (virus de la inmunodeficiencia adquirida) entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están presentes en la membrana de los mismos
Hoy se conoce que además del CD4 es necesaria la presencia de un segundo receptor: el CCR5 . La ausencia de este receptor o su alteración impide la entrada del HIV a la célula, la mutación en el gen del CCR5 es de carácter recesivo.
Las vesículas endocíticas se originan en áreas específicas de la membrana:
Los "hoyos recubiertos" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores
Exocitosis Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas (p.ej. la insulína), enzimas (p.ej. las enzimas digestivas) o neurotransmisores imprescindibles para la transmisión nerviosa.
Este mar lipídico interior es una barrera formidable para los iones y la mayoría de las moléculas hidrofílicas, pero permite el pasaje fácil de moléculas hidrofóbicas, tales como las hormonas esteroides. Las moléculas no polares pequeñas atraviesan libremente una bicapa lipídica.
Las moléculas polares relativamente grandes sin carga, o los pequeños iones (con carga) no pueden atravesar el interior hidrofóbico. El agua y otras moléculas polares pequeñas y sin carga difunden a través de la bicapa.
La mayoría de las moléculas orgánicas son hidrofílicas y no pueden atravesar libremente la barrera lipídica por difusión simple. De modo similar, los iones que son de importancia crucial en la vida de la célula no pueden difundir a través de la membrana. Los iones sodio (Na+) y cloruro (Cl-), en solución acuosa se encuentran rodeados por moléculas de agua y, tanto el tamaño como las cargas de los agregados resultantes impiden que los iones se deslicen a través de las aberturas momentáneas.
El transporte de estos agregados y de todas las moléculas hidrofílicas, depende de proteínas integrales de membrana que actúan como transportadores, transfiriendo a las moléculas hacia uno y otro lado de la membrana sin que entren en contacto con su interior hidrofóbico. (Curtis & Barnes)
Permeabilidad de la membrana citoplasmática.
Para entender como se da este proceso primero debemos conocer la estructura de estas proteina y asi comprender su función.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE MEMBRANA:
Los sistemas de transporte pueden ser de tres clases, todos ellos dependientes de energia como ATP, fuerza motriz de protones o a partir de compuestos de alta energia.
Los primeros sistemas aquellos que solo necesitan de una proteina transmembrana, otros que necesitan la proteina transmembrana y un componente periplasmatico y los ultimos que necesitan de varias proteinas para producir el transporte.
Transporte Simple, Traslocación de Grupo, Sistema ABC.
Este gráfico nos muestra las tres clases de sistema de transporte de membrana, el transporte simple dirigido por la energia derivada de la fuerza motriz de protones, la traslocacion de grupo en la cual se da la modificaciónn química de la sustancia transportada a partir del fosfoenolpiruvato y el sistema ABC en el que existe participacíon de proteínas periplásmaticas y energía derivada del ATP.
Estas proteinas transportadoras estructuralmente se constituyen por helices tipo alfa plegadas hacia atrás y adelante para formar un canal.
Los mecanismos de transporte pueden ser de tres tipos el sistema de transporte más simple, conocido como uniporte, un soluto en particular se mueve directamente a través de la membrana en una dirección, el tipo simporte dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultáneamente y en el mismo sentido. Frecuentemente, un gradiente de concentración, que involucra a uno de los solutos transportados, impulsa el transporte del otro; por ejemplo, un gradiente de concentración de iones Na+ frecuentemente impulsa el cotransporte de moléculas de glucosa. El ultimo mecanismo de cotransporte, conocido como antiporte, dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultánea o secuencialmente en sentidos opuestos. La bomba Na+ - K+ es un ejemplo de sistema de cotransporte que implica un antiporte.
Mecanismos de transporte transmembrana.
Difusión
Difusión simple , significa que la molécula puede pasar directamente a través de la membrana. La difusión es siempre a favor de un gradiente de concentración. Esto limita la máxima concentración posible en el interior de la célula (o en el exterior si se trata de un producto de desecho).
La efectividad de la difusión está limitada por la velocidad de difusión de la molécula.
Por lo tanto si bien la difusión es un mecanismo de transporte suficientemente efectivo para alguna moléculas (por ejemplo el agua), la célula debe utilizar otros mecanismo de transporte para sus necesidades.
Difusión facilitada
La difusión facilitada utiliza canales (formados por proteínas de membrana) para permitir que moléculas cargadas (que de otra manera no podrían atravesar la membrana) difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula. Estos canales son usados sobre todo por iones pequeños tales como K+, Na+, Cl-.
La velocidad del transporte facilitado esta limitado por el numero de canales disponibles (ver que la curva indica una "saturación") mientras que la velocidad de difusión depende solo del gradiente de concentración.
Transporte activo
El transporte activo requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana, pero el transporte activo es el único que puede transportar moléculas contra un gradiente de concentración, al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes.
Son de interés dos grandes categorías de transporte activo, primario y secundario. El transporte activo primario usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína.
El ejemplo mas conocido es la bomba de Na+/K+. La bomba de Na+/K+ realiza un contratransporte("antyport") transporta K+ al interior de la célula y Na+ al exterior de la misma, al mismo tiempo, gastando en el proceso ATP.
El transporte activo secundario utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular, y luego utiliza ese gradiente para transportar una molécula de interés contra su gradiente de concentración.
Un ejemplo de ese mecanismo es el siguiente: Escherichia coli establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula.
Este transporte acoplado en la misma dirección a través de la membrana celular se denomina cotransporte ("symport"). Escherichia coli utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azucares tales como ribosa y arabinosa, como así también numerosos aminoácidos.
El mecanismo de transporte secundario Na+-glucosa
Otro sistema de transporte secundario usa la bomba de Sodio/Potasio en una primera etapa, genera así un fuerte gradiente de Sodio a través de la membrana. Luego la proteína "simport" para el sistema Sodio-Glucosa usa la energía del gradiente de Sodio para transportar Glucosa al interior de la célula.
Este sistema se usa de manera original en las células epiteliales del intestino. Estas células toman glucosa y sodio del intestino y lo transportan al torrente sanguíneo utilizando la acción concertada de los "simport" para Sodio/Glucosa, la glucosa permeasa ( una proteína de difusión facilitada para la glucosa) y las bombas de Sodio/Potasio.
Se debe hacer notar que las células del intestino se encuentran unidas entre si por "uniones estrechas"( tight junctions) que impiden que nada proveniente del intestino pase al torrente sanguíneo sin ser primero filtradas por las células epiteliales.
Transporte Grueso
Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso:
Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis:
Fagocitosis: en este proceso, la célula crea una proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudopodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudopodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa
Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vesícula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie de la célula.
De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.
Endocitosis mediada por receptor : este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un lisosoma siendo digerido por las enzimas de este último. El correspondiente a la captación de la LDL(lipoproteína que contiene ésteres de colesterol, ver cita bibliográfica) puede seguirse en el esquema.
Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el HIV (virus de la inmunodeficiencia adquirida) entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están presentes en la membrana de los mismos
Hoy se conoce que además del CD4 es necesaria la presencia de un segundo receptor: el CCR5 . La ausencia de este receptor o su alteración impide la entrada del HIV a la célula, la mutación en el gen del CCR5 es de carácter recesivo.
Las vesículas endocíticas se originan en áreas específicas de la membrana:
Los "hoyos recubiertos" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores
Exocitosis Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas (p.ej. la insulína), enzimas (p.ej. las enzimas digestivas) o neurotransmisores imprescindibles para la transmisión nerviosa.
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