Origen de la vida y evolución celular

L

a formación de la Tierra y el resto del sistema solar está vinculada con la formación del universo. Hay datos que sugieren que el Universo no siempre estuvo disperso como lo esta ahora. Parece ser que hace 10 000 a 20 000 millones de años, el Universo era un cuerpo infinitamente compacto que estalló (el Gran Estallido o Big Bang), dispersando su materia en el espacio. Esta  materia se ha estado desplazan­do desde entonces, por lo cual el Universo esta en continua expansión. Cuando la materia se enfrió se formaron los átomos de diferentes elementos, en particular hidrógeno y helio.

Nuestro sol es una estrella que se formo hace 5 000 a 10 000 millones de años. Cuando la materia solar fue comprimida por fuerzas gravitacionales entró en ignición, produciendo una enorme cantidad de calor. Este calor desencadeno la formación de otros elementos a partir de hidrógeno y helio. Parte de esta materia fue expulsada del sol y se unió con detritos, polvo y gases alrededor del sol para formar los planetas.

La Tierra tiene unos 4 600 millones de años. La materia que la constituía originalmente se compactó como resulta­do de fuerzas gravitacionales; los elementos mas pesados -níquel y hierro- formaron el núcleo central, los elemen­tos de peso intermedio dieron origen al manto, y los ligeros permanecieron en la superficie. La primera atmósfera, formada en gran medida por los elementos mas ligeros; a saber: hidrogeno y helio, se perdió del planeta debido a que las débiles fuerzas gravitacionales terrestres no pudie­ron retener dichos elementos.

Se cree que al principio la Tierra era fría. Conforme continuaba  la compactación gravitacional se acumuló calor, al que contribuyó la energía de la desintegración radiactiva de algunos elementos. Este calor escapaba en ocasiones a través de fuentes termales y volcanes, que también produ­jeron gases. Estos gases constituyeron la segunda atmósfe­ra de la Tierra primitiva. Era una atmósfera reductora, con poco o nada de oxigeno libre. Entre esos gases se incluían dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H20), monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2). Tam­bién es posible que la atmósfera primitiva contuviera algo de amoniaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y metano (CH4). A medida que la Tierra se enfriaba con lentitud, se condensaba vapor de agua hasta que comenzaron a caer lluvias torrenciales, que formaron los océanos. La precipi­tación pluvial erosiono la superficie terrestre, aportando minerales a los océanos y haciéndolos salados.

 

 

 

ORIGEN  DE LA VIDA.

 

S

e cumplieron cuatro requerimientos para la evolu­ción química de la vida: 1 - ausencia de oxigeno libre, 2 - energía, 3 - "bloques de construcción" químicos, y 4 - tiempo.

 

1 - Primero, la vida sólo pudo haber comenzado en ausencia de oxigeno libre. El oxigeno es muy reactivo y habría degradado las moléculas orgánicas que son un paso necesario para el origen de la vida. Sin embargo, debido a que la atmósfera terrestre era fuertemente reductora, cualquier oxigeno li­bre habría formado óxidos con otros elementos.

2 -Un segun­do requerimiento era un lugar de alta energía, con violentas tormentas eléctricas, vulcanismo generalizado, bombardeo de meteoritos e intensa radiaci6n, incluyendo radiación ultravioleta del sol. Tal vez el sol "joven" producía mas radiación ultravioleta que el actual, además de que la Tierra carecía de una capa de ozono protectora que bloqueara gran parte de esa radiación.

3 -En tercer lugar, deben haber estado presentes las sustancias químicas necesarias como constituyentes para la evolución química. Entre ellas se incluían agua, minerales inorgáni­cos disueltos  y los gases de la atmósfera primitiva.

 4 - Un último requerimiento fue tiempo suficiente para que las moléculas se acumularan y reaccionaran. La edad de la Tierra, de unos 4 600 millones de años, es un tiempo adecuado para la evolución química.

 

Dado que las moléculas orgánicas son los componentes esenciales para los organismos vivos, consideremos la for­ma en que pudieron haberse originado. El concepto de que moléculas orgánicas

sencillas como azúcares, nucleótidos y aminoácidos pudieron formarse de manera espontánea a partir de materia prima no viva fue propuesto por vez primera en el decenio de 1920 por  Oparin, bioquímico ruso.

Su hipótesis fue sometida a prueba en el año de 1953 por Miller y Urey, quienes diseñaron un aparato que simulaba las condiciones que se pensaba prevalecieron en la Tierra primitiva. La atmósfera con que partie­ron era rica en hidrógeno metano agua y amoníaco. Sometieron esta atmósfera a una des­carga eléctrica, que simulaba relámpagos. El análisis de las sustancias producidas en una semana reveló que se habían sintetizado aminoácidos y otras moléculas orgánicas.

 

Oparin concibió que durante largos periodos las mo­léculas orgánicas pudieron acumularse en los mares some­ros, como un "mar de sopa orgánica". Considero que en tales condiciones las moléculas orgánicas más pequeñas (monómeros) se habrían unido para formar moléculas grandes (polímeros). Con base en datos acumulados desde la época de Oparin, la mayoría de los científicos piensan que la polimerización que habría formado proteínas, áci­dos nucleicos y otras grandes moléculas orgánicas no pudo ocurrir en mares someros sino que es posible que haya  ocurrido en  la superficie de las rocas o arcilla en cuyo caso la polimerización es mas probable y puede demostrarse experimentalmente. Los polímeros formados (es decir las grandes moléculas) se ensamblaron entre si constituyendo los llamados protobiontes estructuras parecidas en varios sentidos a formas de vida sencilla pero que no pueden ser considerados células vivas. Estos protobiontes a menudo “crecían” y se dividían. Su ambiente interno era químicamente distinto al ambiente externo, y en algunos casos podían ocurrir en su interior reacciones químicas es decir presentaban cierto metabolismo. Los científicos han logrado obtener varios tipos de protobiontes: microsfera, liposomas, coacervado. Oparin formo coacervados a partir de mezclas relativamente complejas durante sus experimentos, pero no puede considerarse células vivas sino “precélulas”.

  

EVOLUCIÓN CELULAR

 

 

 

E

s incuestionable qué las primeras células en surgir fueron procarióticas. En rocas de Australia y Sudáfrica se han obtenido fósiles microscópicos de células procarióti­cas con 3100 a 3 400 millones de años de antigüedad.

Algunas de las primeras células pueden haber sido heterótrofas es decir que obtenían del medio las moléculas orgánicas que requerían. Estos organismos primitivos tal vez consumían muchos tipos de moléculas que se habrían formado espontáneamente a lo largo de millones de años. Obtenían la energía necesaria para la vida fermentando estos compuestos orgánicos que abundaban a su alrededor. La fermentación es un proceso anaerobio es decir que ocurre en ausencia de oxígeno. Por lo que los primeros seres vivos eran organismos unicelulares, heterótros y anaeróbicos.

Antes de que se agotara la existencia de moléculas orgánicas generadas espontáneamente, podrían haber ocurrido mutaciones que dieron origen a organismos con una clara ventaja evolutiva, obtener la energía a partir de la luz solar mediante el proceso de la fotosíntesis. Surgieron así los seres autotróficos fotosintéticos.

Los primeros autótrofos fotosintéticos en romper moléculas de agua a fin de obtener hidrógeno fueron las cianobacterias. EI agua es muy abundante en la tierra, y la ventaja selectiva de romper estas moléculas permitió a las cianobacterias prosperar. En el proceso de rotura se libe­raba oxigeno (O2). A1 inicio, el oxigeno liberado por la fotosíntesis oxidó minerales del océano v la corteza terres­tre. Con el tiempo se libero mas oxigeno del que podía ser absorbido por estos sumideros (grandes depósitos), y di­cho gas comenzó a acumularse en los océanos y la atmós­fera.

Las Cianobacterias  aparecie­ran hace unos 3 100 a 3 400 millones de años. Las rocas de ese tiempo contienen restos de clorofila.  Hace unos 2 000 millones de años, las cianobac­terias habían producido oxigeno suficiente para que la atmósfera comenzara a cambiar de manera significativa.

A1 aumentar el contenido de oxigeno de la atmósfera, surgieron organismos aerobios que podían utilizarlo durante la respiración aeróbica.

EI incremento del oxigeno atmosférico tuvo un profundo efecto en la Tierra y en la vida. Primero, el oxigeno de la atmósfera superior reaccionó  para formar ozono, 03. EI ozono protege a la Tierra al

reflejar gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del sol e impedir que llegue a la superficie terrestre. Permitió a los organismos vivir más cerca de la superficie en los ambientes acuáticos e incluso en tierra. Debido a que la energía de la radiación ultravioleta había sido necesaria para la formación espon­tánea de moléculas orgánicas, la síntesis de estas disminu­yó. Muchos de los seres anaeróbicos fueron afectados por el oxígeno y desaparecieron como especie.

  

 

 

 

APARICIÓN DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS (TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA)

 

 

E

s lógico considerar que los ancestros de los organismos modernos eran muy sencillos. Entre los organismos mo­dernos, las formas mas simples de vida celular son los procariotes. Recuerda que estas células carecen de envoltura nuclear así como de otros organelos membranosos, como mitocon­drias, retículo endoplásmico· cloroplastos y complejo de Golgi

 

  

Los eucariotes (células con núcleo verdadero) aparecieron en el registro paleontológi­co hace 1500 a  1700 millones de años. La teoría endosimbiótica, sugiere que las mitocondrias, los cloroplastos y quizás incluso los centríolos y los flagelos pueden haberse originado a partir de relaciones simbióti­cas entre dos organismos procarióticos. De este modo, los cloroplastos se consideran antiguas bacterias fotosintéticas (pero por lo general no cianobacterias), y las mitocondrias, antiguas bacterias aerobias. Estos endosimbiontes fueron “ingeridos” originalmente por la célula huésped pero no digeridos. Sobrevivieron y se reprodujeron junto con la célula huésped, de modo que las generaciones sucesivas de esta también contenían endo­simbiontes. Los dos organismos desarrollaron una rela­ción mutualista, y con el tiempo el endosimbionte perdió la capacidad de vivir fuera de su huésped.

Esta teoría estipula que cada uno de estos socios apor­tó a la relación algo de lo que el otro carecía. Por ejemplo, las mitocondrias dieron la capacidad de realizar la respi­ración aerobia, de la que carecía la célula huésped original; los cloroplastos dieron la capacidad de realizar la fotosíntesis.  La célula huésped propor­cionó un hábitat seguro y materias primas o nutrimentos.

La principal prueba en favor de la teoría endosimbió­tica es que mitocondrias y cloroplastos tienen su propio ADN  (en un cromosoma circular, de manera muy parecida a como ocurre en los procariotes) y sus propios ribosomas (parecidos a los ribosomas procarióticos más que a los eucarióticos). Además, es posible matarlos con un antibiótico que afecte a bacterias pero no a células eucarióticas. Mitocondrias y cloroplastos están protegidos por una doble membrana. Se cree que la membrana externa se desarrolló por la invaginación de la membrana plasmática de la célula huésped, y que la interna se formó a partir de la membrana plasmática del endosimbionte.

Sin embargo esta teoría no explica como el material genético en el núcleo llegó a rodearse de una membrana nuclear.

ÁCIDO DESOXIRIBONUCLEICO (ADN)

Una vez identificada la macromolécula que almacena la información genética, quedaba una nueva pregunta por resolver: ¿cuál es la estructura química del DNA? La respuesta a esta pregunta la darían en 1953 el genetista norteame­ricano James D. Watson y el físico inglés Francis Crick.

Modelo de Watson y Crick

El modelo planteado por Watson y Crick se basa en la interpretación de los resultados aportados por Chargaff y de los datos experimentales obtenidos por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, a través de una técnica conocida como difracción de rayos X.

Esta técnica permite obtener una representación de la estructura molecular de diferentes compuestos químicos.

Para estos investigadores el DNA consiste en dos cadenas helicoidales en­rrolladas de izquierda a derecha, en torno a un eje común imaginario, a la manera de una escalera de caracol.

El modelo de estos investigadores organiza espacialmente los tres componen­tes del DNA: grupos fosfatos, azúcares de cinco carbonos o pentosas y las ba­ses nitrogenadas.  

Las unidades de azúcar y fosfato se orientan hacia el exterior, formando un esqueleto molecular que correspondería a las barandas de la escalera de cara­col. Hacia el interior están las bases nitrogenadas, formando un ángulo recto con el esqueleto de azúcares y fosfatos. En nuestra analogía con la escalera, las bases nitrogenadas corresponderían a los peldaños.

La unión de un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada se deno­mina nucleótido. Cada hebra de la doble hélice está formada por muchos nucleótidos, por lo que se dice que es una cadena polinucleotídica.

Watson y Crick postularon que las bases pirimidínicas de una de las cadenas se aparean con las bases purínicas de la otra cadena. De esta forma, la adenina siempre se une con la timina y la citosina con la guanina, lo que representa una confirmación de los resultados de Chargaff.

Concepto molecular de gen

Los trabajos de Mendel y de otros notables genetistas permitieron inferir la existencia de factores que portaban la información genética. Sin embargo, hasta el advenimiento de la Genética Molecular estas partículas no tenían existencia física.

Gracias al trabajo de los primeros   genetistas moleculares fue posible com­prender que el lugar físico de las partículas o genes se encontraba en el DNA y que cada  gen contenía la información genética para la síntesis de una enzima. Investi­gaciones posteriores modificaron el postulado estableciendo que cada gen co­dificaba para la síntesis de un polipéptido.

Hoy sabemos que la secuencia lineal de las bases nitrogenadas determina la información genética característica de un ser vivo y son las pautas que diri­gen la síntesis de las proteínas.

El DNA posee la información que controla la duplicación del material ge­nético y la regulación de su expresión.

Las unidades básicas del DNA son los desoxirribonucleótidos.

Un desoxirribonucleótido está formado por una pentosa llamada desoxirribo­sa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. 

En cada nucleótido el grupo fosfato se une al carbono número 5 de la pentosa, y la base nitrogenada lo hace en el carbono número 1. Los nucleótidos de una misma cadena se unen a través de un enlace lla­mado fosfodiester, en el que parti­cipan los carbonos número 3 del azúcar de un nucleótido y el número 5 de la pentosa del nucleótido si­guiente.

Las bases nitrogenadas de cada ca­dena se unen a través de enlaces llamados puentes de hidrógeno. Los estudios demuestran que la adenina se une con la timina a tra­vés de dos puentes de hidrógeno, en tanto que la guanina y la citosina se unen por tres puentes de hidrógeno. Si bien el nucleótido es la unidad básica del DNA cabe preguntarse cuál de los tres componentes de un nucleótido es el que codifica la in­formación genética. Al examinar distintos nucleótidos, se observa que el único componente que cam­bia es el de las bases nitrogenadas, por lo que se concluye que este es el componente químico que codifica la información genética.

 

Propiedades del DNA

La Genética Molecular ha estudiado con detalle los procesos que conducen a la duplicación del DNA y que permiten asegurar una repartición equitativa del material genético durante la división celular. También se ha interesado por comprender los mecanismos que permiten la expresión de la información genética contenida en el DNA.

El dogma central de la Genética Molecular sintetiza los procesos que permi­ten la duplicación del DNA así como los mecanismos por los cuales se expresa la información genética. Se distinguen así tres procesos fundamentales: repli­cación, transcripción y traducción.

 

1- Replicación

Es el proceso que permite la formación de nuevas copias de la información ge­nética a partir de una molécula patrón de DNA. Como consecuencia, se gene­ran dos copias de DNA, cada una idéntica a la otra en cantidad y calidad de la información genética.

La replicación es un proceso bioquímico controlado en forma precisa por nume­rosas proteínas y enzimas.

La hipótesis de Watson y Crick postulaba que cada hebra de DNA actuaba como patrón para la formación de hebras hijas complementarias. Como resul­tado de la replicación se deberían obtener dos dobles hélices idénticas a la inicial. Sin embargo, esta predicción generaba el problema siguiente: las dos moléculas hijas de DNA son dos cadenas nuevas y las otras dos cadenas vie­jas, o si cada doble hélice presenta una hebra nueva y otra vieja.

En la solución de esta interrogante colaboraron los investigadores Matthew Meselson y Franklin Stahl.

El estudio de Meselson y Stahl se basó en un protocolo experimental que per­mitía marcar selectivamente las hebras de DNA con nitrógeno radiactivo y luego analizar la distribución del nitrógeno marcado en diferentes generaciones bacterianas.

Este método les permitió demostrar en 1957 que las dobles hélices sintetizadas incluían una hebra parental marcada y una hebra nueva no marcada, por lo que se llegó a la conclusión de que la replicación del DNA es semiconservativa. Aunque los estudios de Meselson y Stahl se realizaron en bacterias, las inves­tigaciones posteriores mostraron que sus conclusiones eran igualmente váli­das para las células eucariontes.

El conocimiento bioquímico de que disponemos hoy sobre el proceso de la repli­cación se debe principalmente al trabajo de un notable investigador llamado Arthur Kornberg. En 1956, él y su grupo de colaboradores, establecieron las condiciones bajo las cuales un extracto celular podía llevar a cabo la síntesis de DNA.

Kornberg llamó DNA polimerasa I a la enzima responsable de la síntesis del DNA en estas condiciones: la DNA polimerasa cataliza la unión de nucleóti­dos, a través de sus grupos fosfatos y las pentosas de la cadena. Se concluyó que la enzima sintetizaba DNA en dirección 5’ > 3’.

La energía necesaria para la síntesis del DNA se obtiene de los grupos fosfa­tos presentes en el nucleótido que se incorpora a la cadena de DNA.

Los estudios posteriores de Kornberg, demostraron que los mecanismos de duplicación de células procariontes y eucariontes eran similares aunque no idénticos, y que en ambos casos intervenían diversas proteínas y enzimas.

 

2- Transcripción

La expresión de la información genética requiere que el mensaje contenido en el DNA se copie en una molécula semejante llamada ácido ribonucleico (RNA). Este proceso se denomina transcripción.

El RNA presenta diferencias respecto del DNA: el azúcar presente en su es­tructura es una pentosa llamada ribosa; el RNA tiene una base llamada ura­cilo en vez de timina y está formada solo por una hebra.

La trascripción ocurre en cuatro etapas: iniciación, elongación, término y maduración.

En la iniciación, la enzima llamada RNA polimerasa se une al sector del DNA que será copiado en un tipo de RNA. Los tipos de RNA que se pueden producir son el RNA mensajero (RNAm), RNA ribosomal (RNAr) y RNA de transferencia (RNAt). El RNAm contiene la información genética que dirige la síntesis de un polipéptido particular, el RNAr es un componente es­tructural de los ribosomas y el RNAt interviene en el proceso de síntesis de proteínas.

Una vez que la enzima se ha unido en sectores específicos del DNA, comienza la síntesis y con ella el aumento en longitud de la molécula de RNA, es decir la fase de elongación.

Se ha demostrado la existencia de secuencias específicas en el DNA que provocan el término de la síntesis del RNA. Cuando la RNA polimerasa se en­frenta a estas señales es se produce la etapa de término y la síntesis del RNA se detiene.

En la última etapa o maduración, el RNA sintetizado puede sufrir algunas modificaciones químicas, según se trate de células procariontes o eucariontes. Por ejemplo el RNAm de células procariontes no sufre maduración, mientras que el de las eucariontes sí, lo que evita su degradación antes de que cumpla su función.

 

3- Traducción

Como su nombre lo indica, es el proceso que "traduce" la información del RNAm en proteínas específicas. En él intervienen proteínas citoplasmáticas, enzimas, RNAm, RNAr, RNAt y los ribosomas, el lugar físico donde se lleva a cabo la síntesis de las proteínas.

La síntesis de proteínas comienza con la unión de un aminoácido a una molé­cula de RNAt. El proceso es catalizado por la enzima aminoacil-RNAt-sintetasa y se realiza con gasto de ATP. Los estudios demuestran que el RNAt se une en un sitio específico del ribosoma llamado sitio A. Al mismo tiempo, una molécula de RNAm se une al ribosoma.

Luego, un segundo RNAt con un aminoácido se une al complejo formado por el ribosoma, el primer RNAt y el RNAm. El sitio donde se coloca el segundo RNAt en el ribosoma se conoce como sitio P.

Posteriormente, la enzima peptidil-transferasa une los dos aminoácidos  través de un enlace peptídico, lo que provoca el desplazamiento del ribosoma a lo largo del RNAm. Como resultado de lo anterior, el sitio A queda disponi­ble para el ingreso de un nuevo RNAt activado.

Las investigaciones demuestran que el RNAm cumple un papel importantísi­mo en el proceso de síntesis de proteínas. La secuencia de bases nitrogenadas de esta molécula controla el inicio del proceso y determina el orden en que de­ben unirse al ribosoma los RNAt. Contiene además, secuencias nuclentídicas  que provocan el término de la síntesis proteica.

 

 

Código genético

El proceso de síntesis de proteínas evidencia que existe una clave genética la cual controla la producción de una cadena polipeptídica. En el esclarecimiento de esta clave o código genético, contenida en el DNA y copiado en el RNAm, tuvo una destacada participación Severo Ochoa y Grunberg-Manago, en 1955. Tiempo después, en la década del 60, Nirenberg, Leder y Khorana, realizaron experimentos que les permitieron establecer la presencia de una secuencia de tres nucleótidos o triplete que dirigían la síntesis de una proteína.

Potencialmente, todo el DNA posee la capacidad de expresarse, sin embargo solo algunos sectores lo hacen y en diferentes momentos. Este hecho pone de manifiesto la existencia de distintos mecanismos que regulan la expresión de los genes.

La regulación de la expresión génica se produce en diferentes niveles. Por ejemplo, puede ocurrir durante la transcripción, a nivel del RNA sintetizado, en la traducción o a nivel de la actividad de la proteína. Además los mecanis­mos de regulación varían para células procariontes o eucariontes.

 

Organización del material genético

El material genético de células procariontas y eucariotas difiere en organiza­ción y complejidad. El primero es un DNA circular y cerrado, al cual no se asocian proteínas. El DNA eucarionte, en cambio, es de mayor longitud, lineal y abierto, al que se asocian proteínas específicas.

 

Niveles de organización del DNA eucarionta

 

Se reconocen cinco niveles de organización del DNA eucariótico: DNA dúplex, hebra nucleosomal, fibra de cromatina, dominios cromosómicos y cromo­soma metafásico.

En el nivel de DNA dúplex se realiza la replicación y transcripción. La fibra de cromatina corresponde al estado en que se encuentra el material genético en la etapa de interfase, mientras que los cromosomas son solo distinguibles durante la mitosis o la meiosis.

Alteraciones y manipulación del DNA

El DNA contiene la información genética para la expresión de la gran mayo­ría de las características de un ser vivo. En ocasiones ocurren alteraciones del patrimonio genético llamadas mutaciones que conducen a la aparición de in formación genética nueva.

 

 

Mutaciones génicas.

Son los cambios en la información genética que re­sultan de errores cometidos por la maquinaria enzimática durante el proceso de replicación del DNA. Estas mutaciones pueden resultar como consecuencia del azar o de la acción de ciertos agentes químicos o físicos. En el primer caso se habla de mutaciones espontáneas; en el segundo de mutaciones inducidas.

Mutación cromosómica. En ocasiones, la alteración del material heredita­rio comprende a un gran segmento del DNA, como por ejemplo, grandes secto­res cromosómicos, lo que da lugar a este tipo de mutaciones.

 

Ingeniería Genética y biotecnología

En los años setenta, los científicos comenzaron a desarrollar los medios que les permitirían manipular las macromoléculas de la herencia. Hamilton Smith descubrió las enzimas de restricción, un grupo de proteínas que actúa como verdaderas tijeras moleculares, cortando sectores específicos del DNA. Este hallazgo permitió insertar segmentos específicos de genes en el in­terior de otras moléculas de DNA, incluso de especies diferentes, sentando las bases para el desarrollo de la manipulación del material genético.

La Ingeniería Genética ha progresado a una velocidad vertiginosa, facilitando la aplicación en los más variados campos del quehacer humano, ejemplo, en la biomedicina, se ha comenzado la terapia génica que tiende a la modifica­ción del material genético de personas afectadas por enfermedades genéticas letales, como es el caso de la fibrosis quística. También se han producido hormonas como la insulina artificial.

En el sector agrícola se ha desarrollado toda una variedad de plantas resis­tentes a enfermedades virales e incluso a la acción de insectos herbívoros. Esta disciplina ha entrado también al campo de la justicia. Gracias a técnicas especiales, como las "huellas digitales del DNA”, es posible conocer la identidad de presuntos implicados en delitos. Solo se requiere de una muestra de sangre o un cabello tomado en el lugar del  delito y compararla con una muestra de sangre del sujeto inculpado.

Ácidos nucleicos

Ácidos nucleicos son moléculas muy complejas que producen las células vivas y los virus. Reciben este nombre porque fueron aisladas por primera vez del núcleo de células vivas. Sin embargo, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular.

Las dos tipos de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Su peso molecular es tremendamente alto si se la compara con otras moléculas. Estos dos tipos de  ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: transmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas  El modo en que realizan estas funciones es el objetivo de algunas de las más prometedoras e intensas investigaciones actuales.

La secuencia de estas cadenas laterales  a lo largo de la cadena principal determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o sintetizar las proteínas que necesita para su supervivencia.

 

En la estructura básica de los ácidos nucleicos encontramos una cadena principal no variable y una serie de cadenas laterales variables. A las cadenas principales de estas moléculas formadas por un grupo fosfato  y una pentosa  se les unen una gran cantidad de moléculas más pequeñas (grupos laterales) de cuatro tipos diferentes adenina guanina citosina y timina o uracilo.

Todas las células vivas codifican el material genético en forma de ADN.

La investigación pionera que reveló la estructura general del ADN fue llevada a cabo por el biofísico británico Francis Crick,  y por el bioquímico estadounidense James Watson. Utilizando una fotografía de una difracción de rayos X de la molécula de ADN  en 1951, Watson y Crick elaboraron un modelo de la molécula de ADN, que fue completado en 1953.

La estructura del ARN fue descrita por el científico español Severo Ochoa y por el bioquímico estadounidense Arthur Kornberg.

En la célula hay tres tipos de ARN. El ARN mensajero (ARNm) es una molécula en forma de cinta, producto de la transcripción del ADN y portadora del código necesario para sintetizar las proteínas mediante una reacción llamada traducción. Cada hebra de ARNm tiene dos extremos, llamados 3' y 5', que determinan el sentido de lectura (desde 3' hacia 5'). Los ARN de transferencia (ARNt) son pequeñas estructuras en forma de hoja de trébol que llevan cada una un aminoácido para integrarlo en una proteína en fase de síntesis. Para ello se fija a un codón del ARNm (sucesión de tres elementos específicos del aminoácido de que se trate) por medio de un anticodón (que es el 'negativo' del codón). La fijación se produce por medio de los ribosomas, que 'leen' el ARN y se encargan de dirigir la síntesis de proteínas. Por último, los ARN ribosómicos (ARNr) son los componentes principales de los ribosomas.

Lípidos

Denominamos lípidos a un conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característica distintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otras biomoléculas como en el caso de los glicolípidos (presentes en las membranas biológicas). También son numerosas las asociaciones no covalentes de los lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de las lipoproteínas.

Una característica básica de los lípidos, y de la que derivan sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. La baja solubilidad de los lipídos se debe a que su estructura química es fundamentalmente hidrocarbonada con gran cantidad de enlaces C-H y C-C (Figura de la izquierda). La naturaleza de estos enlaces es 100% covalente y su momento dipolar es mínimo. El agua, al ser una molécula muy polar, con gran facilidad para formar puentes de hidrógeno, no es capaz de interaccionar con estas moléculas. En presencia de moléculas lipídicas, el agua adopta en torno a ellas una estructura muy ordenada que maximiza las interacciones entre las propias moléculas de agua, forzando a la molécula hidrofóbica al interior de una estructura en forma de jaula, que también reduce la movilidad del lípido. Todo ello supone una configuración de baja entropía, que resulta energéticamente desfavorable. Esta disminución de entropía es mínima si las moléculas lipídicas se agregan entre sí, e interaccionan mediante fuerzas de corto alcance, como las fuerzas de Van der Waals. Este fenómeno recibe el nombre de efecto hidrofóbico

En cuanto a sus funciones son importantes constituyentes de la alimentación (aceites, manteca, yema de huevo), representan una importante fuente de energía y de almacenamiento, funcionan como aislantes térmicos, componentes estructurales de membranas biológicas, son precursores de hormonas (sexuales, corticales), ácidos biliares, vitaminas etc.

Grasas y aceites

Se diferencian uno del otro por que a temperatura ambiente los aceites son líquidos oleosos mientras que las grasas sólidos. Ambos sirven de depósito de reserva de energía para células animales (grasas) y en vegetales (aceites). Estos compuestos son altamente energéticos, aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, el doble de lo que aporta un glúcido o prótido cuando se cataboliza. Cuando un organismo recibe energía asimilable en exceso, este puede almacenarla en forma de grasa, que podrá ser reutilizada posteriormente en la producción de energía, cuando el organismo lo necesite. En general, la grasa es almacenada en los adipocitos (células que forman el tejido adiposo) donde puede movilizarse para obtener energía cuando el ingreso calórico es menor que el gasto de calorías. Esta capa es utilizada en determinados animales como aislante térmico, como por ejemplo en mamíferos marino

Son los componentes primarios de las membranas celulares. En su estructura química podemos observar una molécula de glicerol, dos ácidos grasos, un grupo fosfato y una base nitrogenada.

Los fosfolípidos son anfipáticos, esto es que son simultaneamente hidrofílicos e hidrofóbicos. La "cabeza" de un fosfolípido es un grupo fosfato cargado negativamente y las dos "colas" son cadenas hidrocarbonadas fuertemente hidrofóbicas.  En las membranas celulares juegan un papel muy importante, ya que controlan la transferencia de sustancias hacia el interior o exterior de la célula. Una de las características de los fosfolípidos es que una parte de su estructura es soluble en agua (hidrofílica), mientras que la otra, es soluble en lípidos (hidrofóbica). La parte hidrofílica es en la que se encuentra el aminoalcohol o base nitrogenada. Esta característica estructural hace posible que los fosfolípidos participen en el intercambio de sustancias entre un sistema acuoso y un sistema lipídico, separando y aislando a los dos sistemas, a la vez que los mantiene juntos. (Doble capa)

En medio acuoso las colas de los fosfolípidos tienden a disponerse en manera tal de formar un ambiente local hidrofóbico. Esto deja a los grupos fosfatos "de cara" al ambiente hidrofílico. Existen tres estructura que los fosfolípidos pueden formar en razón de naturaleza anfipática.

En medios acuosos, los lípidos son incapaces de formar soluciones verdaderas. Algunos tienen un grupo polar en algún extremo de la molécula, por lo que en medio acuosos pueden formar: micelas, monocapas y bicapas que son grupos macromoleculares con gran cantidad de lípidos

Bicapas lipídicas esféricas (vesículas)

La bicapa fosfolípidica es de aproximadamente 5nm de espesor. Esta membrana es semipermeable, lo cual significa que la mayoría de las moléculas no pueden pasar pero, algunas pasan libremente por la membrana (difunden)

Esteroides

Es un grupo extenso de lípidos naturales o sintéticos con una diversidad de actividad fisiológica muy amplia. No se parecen a ningún otro lípido, se los ubica en esta clase por ser insolubles al agua.

 

Prótidos (proteínas)

Las proteínas son macromoléculas formadas a base de aminoácidos, estas macromoléculas sirven como componen­tes estructurales de células y tejidos, de modo que el creci­miento, reparación y conservación del organismo depen­den del aporte adecuado de estos compuestos. Muchas proteínas actúan como enzimas, moléculas que regulan los millares de reacciones químicas distintas que ocurren en el organismo vivo.

Los componentes proteínicos de una célula son la clave de las actividades biológicas de ésta. Cada linaje celular posee tipos, distribución y cantidades característi­cos de proteínas, que determinan el aspecto físico de la célula y su funcionamiento. Una célula muscular difiere de otras en virtud de su alto contenido de proteínas contrác­tiles, la miosina y la actina, de las que depende en gran parte su aspecto y su capacidad de contracción. La hemoglobina es una proteína de los eritrocitos que realiza la función especializada del transporte de oxígeno.

Aunque los carbohidratos y los lípidos poseen la mis­ma estructura en diferentes especies, muchas proteínas son específicas de una especie, o sea que su estructura varía con la especie. Las proteínas específicas (determinadas por las instrucciones presentes en los genes) son una causa importante de las diferencias entre las especies de seres vivos.

Algunas proteínas difieren un poco de un individuo a otro de la misma especie, de modo que cada individuo es bioquímicamente único. Tienen proteínas idénticas sólo los organismos genéticamente idénticos; a saber: los geme­los idénticos.

Como se dijo las proteínas están formadas por largas cadenas de aminoácidos unidos a través de enlaces peptídicos. La ubicación de cada aminoácido en la cadena determina en última instancia la proteína de la que se trata. 

Hay alrededor de 20 tipos de aminoácidos. La mayor parte de éstos tienen un grupo amino    (-NH2) y otro carboxilo (-COOH) enlazados con el mismo átomo de carbono asimétrico. Los aminoácidos difieren en el grupo R o cadena lateral unida al carbono. La glicina, que es el más sencillo, tiene un átomo de hidrógeno como grupo R o cadena lateral, en tanto que la alanina posee un grupo metilo, -CH2.

Los grupos amino y carboxilo hacen que las proteínas en solución resistan los cambios de acidez y alcalinidad, y, de tal suerte sean amortiguadores biológicos importantes.

Cuando se disponen de la materia prima necesaria, las células de los seres humanos y otros animales pueden producir casi todos los aminoácidos de importancia biológica. Los que no pueden sintetizarse, y por ello deben ser aportados por la dieta se les denomina aminoácidos esenciales.

El enlace covalente entre dos aminoácidos se llama  enlace peptídico, de esta manera se forma un dipéptido cuando se combinan dos aminoácidos, y se forma un polipéptido cuando lo hace un número mayor. Un polipéptido puede contener cientos de amino-ácidos unidos en un orden lineal específico. Sin embargo una proteína puede estar formada por una o más cadenas polipeptídicas. Cada  proteína difiere en cuanto a número, tipo y disposición de los aminoácidos que contienen, así como la disposición de cada una de las cadenas polipeptídicas por la cual está formada.

 

Las cadenas polipeptídicas que componen una proteína se doblan o pliegan para formar una macromolécula de conformación específica en forma tridimensional, de la que depende la función de la proteína. Por ejemplo la forma singular de una enzima, le permite reconocer y actuar sobre su sustrato (sitio activo). De igual manera una hormona es reconocida por las células blanco a través de las proteínas de membrana receptoras.

Las proteínas pueden ser fibrosas o globulares. Las primeras están dispuestas en láminas largas en tanto que las proteínas globulares se doblan apretadas en forma esférica compacta. La mayor parte de las enzimas son proteínas globulares.

Estructura de las proteínas:

La estructura primara corresponde la secuencia de aminoácidos dentro de la cadena polipeptídica.

La estructura secundaria implica el enrollamiento de las cadenas polipeptídicas en una hélice u otra conformación regular.

La estructura terciaria se asume cuando las cadenas polipeptídicas adoptan una conformación tridimensional lo que implica una interrelación  entre grupos variables o cadenas laterales.

La estructura cuaternaria se compone de la disposición grupal que asumen dos o más cadenas polipeptídicas cada una con su propia estructura primaria secundaria y terciaria. Estas cadenas mantienen su estructura tridimensional gracias a enlaces químicos que se establecen entre ellas. El ejemplo más característico lo constituye la hemoglobina.

Se trata de una proteína de los eritrocitos que tiene por función la del trasporte de oxígeno. Consta de 574 aminoácidos dispuestos en cuatro cadenas polipeptídicas. La falta o la sustitución de un solo aminoácido en las cadenas de esta proteína determina una alteración en el funcionamiento del glóbulo rojo. Esto ocurre cuando por ejemplo por mutación un aminoácido como la valina es sustituido por otro,  el ácido glutámico en la posición seis en una de las cadenas. La alteración de la hemoglobina modifica  la forma de los glóbulos rojos y provoca una enfermedad denominada anemia drepanocítica.

Los cambios de la estructura tridimensional también alteran la actividad biológica de la misma. Esto sucede cuando se calienta una proteína o se trata con diversas sustancias químicas es lo que se conoce como  desnaturalización y en general es irreversible.-

 

Glúcidos (carbohidratos)

Terminología:

Hidratos de carbono El término hidrato de carbono es poco apropiado, ya que estas moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos. Este nombre proviene de de la nomenclatura química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladas respondían a la fórmula elemental Cn(H20)n (donde "n" es un entero=1,2,3... según el número de átomos). De aquí el término "carbono-hidratado" se haya mantenido, si bien posteriormente se vio que otras moléculas con las mismas características químicas no se corresponden con esta fórmula.

Se utilizan sinónimos para los hidratos de carbono como:

• Carbohidrato: aunque ha habido intentos para sustituir los términos de hidratos de carbono y de carbohidratos, se recomienda el término carbohidrato y desaconseja el de hidratos de carbono.

• Glúcido: este nombre proviene de que pueden considerarse derivados de la glucosa por polimerización y pérdida de agua. El vocablo procede del griego "glycýs", que significa dulce.
• Azúcares: este término sólo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular (azúcar) se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.

Estructura química

Los carbohidratos son moléculas compuestas en su mayor parte por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción aproximada a ’Cn H2n On’.

En la naturaleza se encuentran en los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras como las proteínas y los lípidos.

Los carbohidratos no son moléculas cuyos carbonos están hidratados, sino enlazados a grupos alcohólicos o hidroxilos (-OH), y a radicales hidrógeno (-H). Además siempre hay un grupo funcional como una grupo cetónico (-C=O-) o un grupo aldheído (-CH=O)

 

Función de los hidratos de carbono

Los carbohidratos desempeñan diversas funciones, siendo las de reserva energética y formación de estructuras las dos más importantes, pero, ¿cuál es su verdadera función? la función de estos "hidratos de carbono" es mantener la actividad muscular, la temperatura corporal, la tensión arterial, el correcto funcionamiento del intestino y la actividad neuronal.

Metabolismo de hidratos de carbono

Los carbohidratos representan las principales moléculas almacenadas como reserva en los seres vivos junto con los lípidos.

Los glúcidos son las principales sustancias elaboradas en la fotosíntesis y son almacenados en forma de almidón en cantidades elevadas en las plantas. El producto equivalente en los animales es el glucógeno, almacenado también en cantidades importantes en el músculo y en el hígado. En el músculo proporciona una reserva que puede ser inmediatamente utilizada como fuente de energía para la contracción muscular y en el hígado sirve como reservorio para mantener la concentración de glucosa en sangre.

Al contrario que los carbohidratos, los lípidos sirven para almacenar y obtener energía a más largo plazo. Aunque muchos tejidos y órganos animales pueden usar indistintamente los carbohidratos y los lípidos como fuente de energía, otros, principalmente los eritrocitos y el tejido nervioso (cerebro), no pueden catalizar los lípidos y deben ser continuamente abastecidos con glucosa.

Los monosacáridos son los productos digestivos finales de los glúcidos que ingresan a través de la circulación portal al hígado donde, alrededor del 60%, son metabolizados. En el hígado, la glucosa también se puede transformar en lípidos que se transportan posteriormente al tejido adiposo.

Tanto los organismos aerobios como los anaerobios consumen la glucosa y la ruta metabólica inicial, la glucólisis es universal, una fermentación de la glucosa.

En los seres vivos, la vía de metabolización preferente de la glucosa implica la división de la molécula en dos de lactato. Esta metabolización o fermentación, llamada homoláctica, tiene lugar también entre muchas especies de microorganismos y es característica de las células musculares.

El músculo es un tejido en el que la fermentación representa una ruta metabólica muy importante ya que las células musculares pueden vivir durante largos períodos de tiempo en ambientes con baja concentración de oxígeno. Cuando estas células están trabajando activamente, su requerimiento de energía excede su capacidad de continuar con el metabolismo oxidativo de los hidratos de carbono puesto que la velocidad de esta oxidación está limitada por la velocidad a la que el oxígeno puede ser renovado en la sangre. El músculo, al contrario que otros tejidos, produce grandes cantidades de lactato que se vierte en la sangre y retorna al hígado para ser transformado en hidratos de carbono.

Por lo tanto las principales rutas metabólicas de los glúcidos son:

• Glicólisis.
• Neoglucogénesis.
• Glucogénesis.
• Ciclo de las pentosas.

En el metabolismo oxidativo encontramos rutas comunes con los lípidos como son el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.

La principal hormona que controla el metabolismo de los hidratos de carbono es la insulina.

 

Tipos de hidratos de carbono

• Monosacáridos. No pueden hidrolizarse.
• Disacáridos. Al hidrolizarse producen dos monosacáridos.
• Oligosacáridos. Al hidrolizarse producen de tres a diez moléculas de monosacáridos.
• Polisacáridos. Al hidrolizarse producen más de diez moléculas de monosacáridos.

Los glúcidos tienen estructuras más o menos complejas, pero siempre son producto de la unión de monómeros llamados monosacáridos, de los cuales el representante-tipo es la glucosa. Son, pues, polímeros de los monosacáridos.

Los monosacáridos son heterociclos de tres (triosa), cuatro (tetrosa), cinco (pentosas), seis (hexosas) o más átomos de carbono.

Glucosa

Molécula carbohidrogenada, (C₆H₁₂O₆) es una Aldohexosa (Aldehído pentahidroxilado) y un monosacárido. La glucosa es el compuesto orgánico más abundante de la naturaleza. Es la fuente principal de energía de las células, mediante la degradación catabólica, y es el componente principal de polímeros de importancia estructural como la celulosa y de polímeros de almacenamiento energético como el almidón.

 

La estructura de un monosacárido puede considerarse como derivada de una cadena carbonada en la que uno de los átomos de carbono contiene un grupo aldehído (-CH=O) si está en un extremo de la cadena, o un grupo cetona (>C=O) si no lo está

Salvo que el monosacárido esté disuelto en agua, caso en el oscila entre los dos estados que ilustran las dos primeras figuras del esquema siguiente, esta cadena es inestable

Para lograr la estabilidad, el grupo cetona (>C=O) o el grupo aldehído (-CH=O) reaccionan con un radical alcohol (-OH) y cierran la cadena formando un heterociclo, comúnmente de unos cuatro o cinco átomos de carbono y uno de oxígeno. La tercera figura del esquema anterior ilustra cómo se representa abreviadamente un monosacárido, sustituyendo los símbolos del carbono por los ángulos del hexaedro.

Los disacáridos son el producto de la unión de dos monosacáridos. Los oligosacáridos, de menos de diez. Los polisacáridos contienen entre diez y varios miles de monosacáridos.

Los polisacáridos más importantes son los polímeros de la glucosa, que es el monosacárido más importante. Destacan el almidón y la celulosa entre los de origen vegetal y el glucógeno entre los de origen animal.

Agua

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

 

La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Estos se unen de tal manera  que forman un ángulo de 105 grados. El enlace oxígeno hidrógeno es del tipo  covalente polar. 

Es covalente ya que los átomos comparten pares de electrones y polar dado que los electrones están más cerca del átomo más electronegativo en este caso el oxígeno. La parte de la molécula donde se encuentra el átomo de oxígeno presenta por lo tanto una densidad electrónica mayor que la parte donde se encuentra los átomos de hidrógeno, esto determina que forme dipolo.

Por lo tanto la molécula de agua forma dipolo por la desigualdad de carga que hace que se formen dos polos opuestos positivo y negativo.

Sin embargo la unión entre las moléculas de agua se lleva a cabo a través de enlaces puente de hidrógeno.  Los puentes de hidrógenos son fuerzas de atracción que se dan entre las moléculas de agua debido a la gran electronegatividad del oxígeno. Este enlace se establece entre el oxígeno de una molécula y el hidrógeno de otra.

En estado sólido (hielo)  todas las moléculas de agua se unen a través de enlaces puentes de hidrógeno resultando una red tridimensional de moléculas asociadas o celdillas.

En estado líquido no todas las moléculas participan y los puentes de hidrógeno son débiles entre algunos grupos de moléculas.

En estado gaseoso la separación entre las moléculas de agua impide la unión a través de estos puentes de hidrógeno.

 

PROPIEDADES FÍSICAS.

 

Una de las propiedades más interesantes del agua es su comportamiento respecto a su densidad. El agua en estado sólido flota en el agua líquida cuando en realidad un sólido tiene mayor densidad que un líquido y por lo tanto debería de hundirse.

Este comportamiento único del agua es el resultado de la unión por puente de hidrógeno entre sus moléculas en estado sólido que deja pequeños huecos entre la estructura del hielo lo que determina una densidad más baja que la del agua líquida. Esto hace que flote.

Del mismo modo los enlaces por puente de hidrógeno explican otras propiedades del agua.

Por ejemplo los puntos de ebullición y fusión son más altos que los de otras sustancias cuyas moléculas tiene estructura similar.

La tensión superficial del agua es elevada lo que permite por ejemplo que algunos insectos logren caminar sobre el agua. Esta propiedad se debe también a la atracción intermolecular del agua a través de los puentes de hidrógeno. La tensión en la superficie puede llegar a ser tan grande que puede soportar cuerpos mucho más densos (barcos).

La tensión superficial también explica por que en los bordes de un vaso con agua el agua parece trepar por el vidrio formando el llamad menisco.

Otro fenómeno de importancia biológica que tiene lugar como consecuencia de la tensión superficial  es la acción de capilaridad que es el ascenso de líquidos por tubos extremadamente delgados como el xilema y el floema tejidos de conducción vegetales.

Por último el agua es el solvente universal dado que en ella se pueden disolver muchas sustancias (solutos) orgánicas e inorgánicas   como  el CO2   O2  sal azúcar etc.

El elevado poder disolvente del agua se explica por dos razones. El agua es una molécula bipolar y es capaz de formar puentes de hidrógeno con otras moléculas.

 

IMPORTANCIA BIOLÓGICA

 

El agua es el componente principal de la materia viva. Constituye del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos. El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. La sangre de los animales y la savia de las plantas contienen una gran cantidad de agua, que sirve para transportar los alimentos y desechar el material de desperdicio. El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas

EL AGUA COMO ALIMENTO

 

El agua es un componente indispensable para la vida y el más abundante en todos los alimentos. Llega a una proporción del 90 % en algunas frutas y verduras, del 60 % en las carnes y a proporciones muy escasas en las grasas, semillas y frutas secas.

El agua se absorbe a nivel intestinal para luego ser trasportada, en la sangre, a todos los demás órganos. En el organismo, se la encuentra en forma intracelular, formando parte del protoplasma celular y extracelular, como líquido intersticial, como linfa y como parte del plasma sanguíneo.

Algunas de las principales funciones son:

1.      Transporte de nutrientes y productos residuales.

2.      Regulación de la temperatura corporal

3.      Disolvente de sustancias que posibilitan el metabolismo celular en el citoplasma.

4.      Componente estructural de las células, manteniendo su estado de turgencia.

 

El agua se pierde a través de la orina, la matera fecal, la piel y los pulmones.

La ganancia y la pérdida deben tener un balance neutro, es decir deben ser iguales: un balance positivo determinará retención hídrica (ganancia) y un balance negativo determinará cuadros de deshidratación (pérdida).

 

 

BALANCE DIARIO DE AGUA
INGRESOS		EGRESOS
bebidas	650 ml	orina	700 ml
alimentos	750 ml	Piel	500 ml
Metabolismo celular	350 ml	Pulmones	400 ml
		materia fecal	150 ml
Total	1750 ml	Total	1750 ml

 

Se estima que un adulto requiere 35 ml de agua por kilogramo de peso, cada día y un niño requiere entre 50 y 60 ml en la misma proporción-

Células procariotas y eucariotas

Existen dos tipos básicos de células: procarióticas y eucarióticas

Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a su tamaño y organización interna.

 

Procariota (pro, del latín= antes; karyon, del griego=núcleo; sin núcleo)

Las procarióticas que comprenden bacterias y cianobacterias (bacterias fotosintéticas), son células pequeñas, de entre 1 y 10 micras de diámetro, y de estructura sencilla, carecen de citoesqueleto, retículo endoplasmático, cloroplastos, mitocondrias etc. Es decir de los organelos membranosos típicos de la célula eucariótica. Su principal distinción sin embargo es que el material genético (ADN) está concentrado en una región dentro del citoplasma, careciendo de envoltura nuclear. De hecho su denominación procariota significa “antes del núcleo”. Por su parte la cadena de ADN es circular y monocatenaria (presenta  un solo cromosoma) toma el nombre de nucleoide.  El ADN de las células procariotas es desnudo o libre dado que no se encuentra ligado la las histónas ( No  Histónico). Algunas procariotas presentan una molécula circular de ADN extracromosómico llamado plásmido (ausente en eucariotas), este plásmido puede duplicarse por si mismo de manera independiente al ADN bacteriano.

Las células procariotas se dividen por AMITOSIS o división simple.

Como no poseen mitocondrias, los procariotas obtienen energía del medio mediante reacciones de glucólisis en los mesosomas o en el citosol.

Fueron los primeros organismos que habitaron la tierra hace 3500 millones de años pese a lo cual nunca alcanzaron la pluricelularidad.

 

 

Eucariota (del griego eu=verdadero; karyon=núcleo; con núcleo)

Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales derivan evolutivamente de las procariotas  de acuerdo a la teoría endosimbiótica.

Son de mayor tamaño entre 10 y 100 micras promedio. Tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico llamado núcleo. De hecho el término eucariótico deriva del griego y significa “núcleo verdadero”. El ADN en este tipo de célula esta formado por cadenas lineales abiertas asociado a las histonas (proteínas nucleares) y formando una doble hélice en espiral.

No solamente tienen un mayor tamaño sino que también un mayor grado de organización lo cual le permite formar organismo pluricelulares.

Este tipo de célula se divide por mitosis o meiosis.

Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana citoplasmática que encierra un espacio rico en agua y sustancias químicas llamada citoplasma. En su interior tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, reproducirse, producir energía y eliminar residuos. Al conjunto de estas reacciones se llama metabolismo celular. Otra cosa que tienen en común todas es su información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia.