El documento trata sobre diversos temas relacionados con la biología celular y molecular. Explica la evolución de las teorías sobre el origen de la vida, las principales biomoléculas orgánicas y las teorías evolutivas de Lamarck y Darwin. También describe la estructura y función de la célula, el ADN, la replicación, transcripción y traducción de la información genética, el ciclo celular, la división mitótica y meiótica, y los procesos de nutrición y muerte celular como la apoptosis.
2. Origen de la vida
La biología es la ciencia que estudia la vida y se basa en la aplicación del método científico.
Históricamente, existen muchas teorías sobre el origen de la vida. La primera teoría propuesta
fue la de la generación espontánea. Sin embargo, Francesco Redi refutó parcialmente esta teoría
en el siglo XVII. La generación espontánea se vio totalmente negada ya en el siglo XIX gracias a
los experimentos con los matraces de cuello de cisne de Louis Pasteur.
4. Evolución de los seres vivos
A lo largo de la historia, siempre se ha intentado dar respuesta a la existencia de la gran
diversidad de organismos que conocemos, y al origen de los mismos. La primera teoría
evolucionista fue propuesta por Lamarck, quien propone la idea de la «herencia de caracteres
adquiridos». Tras las ideas evolucionistas de Lamarck, Charles Darwin propuso una nueva teoría,
la evolución. Tras su viaje en el Beagle, Darwin propuso una hipótesis basada en la variabilidad,
la adaptación de las especies y la selección natural. Las ideas de Darwin fueron actualizadas tras
el aumento de los conocimientos en biología molecular y genética, y crearon el movimiento
conocido como neodarwinismo.
7. Nutrición
Todos los seres vivos cumplen tres funciones
vitales: nutrición, relación y reproducción. La
nutrición es llevada a cabo en los seres
humanos principalmente por dos sistemas: el
sistema digestivo y el sistema excretor. El
sistema digestivo permite la digestión de los
alimentos y la absorción de nutrientes. La
digestión consiste en la transformación de
alimentos hasta convertirlos en nutrientes, y la
absorción es la incorporación de esos
nutrientes desde el sistema digestivo a la
sangre para su reparto por todo el organismo.
El sistema digestivo está formado por el tubo
digestivo y una serie de glándulas accesorias.
En el tubo digestivo distinguimos la boca,
faringe, esófago, estómago, intestino delgado,
intestino grueso y recto. Por su parte, las
glándulas están conectadas con el tubo
digestivo y son las glándulas salivares, el
páncreas y el hígado. Es importante mantener
el sistema digestivo lo más saludable posible
ya que, si no, podemos contraer ciertas
enfermedades o trastornos digestivos como
gastritis, hepatitis o úlceras pépticas.
8. El ADN como base de la vida
En la actualidad, sabemos que el ADN es la
molécula portadora de la información genética,
pero esto es un conocimiento muy reciente en la
historia de la ciencia. La molécula de ADN fue
aislada por primera vez por Friedrich Miescher
(Miescher, F. 1871. Uber die chemische
Zusammensetzung der Eiterzellen. Medicinisch-
chemische Untersuchungen 45: 30-32) en 1869. Al
encontrarse únicamente en los núcleos de las
células, a esta sustancia se la llamó nucleína. Poco
después se descubrió que la nucleína era una
molécula ácida, por lo que pasó a llamarse ácido
nucleico; y más tarde se denominó ácido
desoxirribonucleico (ADN) para diferenciarlo del
ácido ribonucleico (ARN).
9. Introducción a la genética molecular
Esta información fluye y se transmite en dos sentidos diferentes:
• A partir del ADN, se obtienen nuevas moléculas de ADN por replicación. Este
proceso tiene lugar durante la etapa S del ciclo celular y permite la transmisión de
la información de célula a célula, mediante la mitosis, y de individuo a individuo,
por medio de la reproducción.
• Por transcripción, se obtienen moléculas de ARN que contienen información del
ADN. Mediante la traducción del ARN, esta información determina la síntesis de
las proteínas. Este flujo de información constituye el dogma central de la biología
molecular. Fue publicado en 1970 por Francis Crick y ha sido la base de los
grandes avances en el conocimiento de la genética molecular que se han
realizado desde entonces. Este dogma central ha sido ampliado posteriormente
con dos puntos referentes a los virus:
• La transcripción inversa: Algunos virus, llamados retrovirus, pueden sintetizar ADN
a partir del ARN vírico, mediante la enzima transcriptasa inversa. Este es el caso del
virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). • La replicación del ARN vírico, que
llevan a cabo las enzimas replicasas.
10. La replicación del ADN
Mediante la replicación, se obtienen dos copias idénticas a partir de una doble cadena inicial de
ADN.
Francis Crick y James Watson (Watson, J. & Crick, F. 1953. A structure for deoxyrribose nucleico
acid. Nature 171: 737-738), al mismo tiempo que dedujeron la estructura del ADN, propusieron
un mecanismo para la replicación de esta molécula. Teniendo en cuenta la importancia de la
conservación de la secuencia de bases original, consideraron posible que las dos cadenas de la
doble hélice se separasen y cada una sirviese de molde para la síntesis de otra complementaria.
De este modo, se obtendrían dos dobles hélices, cada una con una cadena vieja, o parental, y
otra cadena nueva, o hija. Los trabajos experimentales posteriores confirmaron esta hipótesis,
denominada semiconservativa.
11. Información genética
La información genética de los seres vivos, que determina sus características y funciones, está
almacenada en el material genético celular que es el DNA (abreviación en inglés de ácido
desoxirribonucleico) para la mayoría de los organismos. Todas las células tienen la capacidad de
generar nuevas células y la información genética de una célula viva se transmite de una
generación a otra. Sin embargo, existe una diferencia principal en la organización del material
genético entre las células procariotas y eucariotas.
El DNA (material genético) de una célula se organiza en cromosomas. El cromosoma o juego de
cromosomas que contiene todo el DNA de un organismo se denomina genoma. En procariotas,
el DNA se organiza usualmente en un cromosoma circular único que se encuentra en una
región llamada del nucleoide dentro del citoplasma (Figura 26) (Griswold, 2008).
12. Núcleo celular
El núcleo es la estructura que caracteriza a las células eucariotas, este organelo altamente especializado
cumple dos principales funciones: almacena el material genético o DNA; y coordina todas las actividades
celulares incluyendo el crecimiento, el metabolismo, la síntesis de proteínas y la reproducción, es decir, la
división celular (Guo y Fang, 2014). Normalmente, hay un solo núcleo por célula, su forma suele ser
redondeada y adaptada a la forma celular. La localización habitual del núcleo es en el centro de la célula,
pero también puede situarse en otras posiciones más periféricas (Edens et al., 2013).
13. Ciclo celular
Tanto las células procariotas como las eucariotas tienen ciclos de crecimiento, actividad metabólica,
replicación del DNA y división. A esa secuencia ordenada de acontecimientos se le denomina ciclo celular
(Audesirk et al., 2013). El ciclo celular en procariotas consiste en un periodo relativamente largo de
crecimiento (durante el cual la célula también replica su DNA) seguido por una forma de división celular
llamada fisión binaria. En los eucariotas el ciclo celular es más complejo y se divide en dos fases
principales: interfase y división celular (mitosis o meiosis)
14. División mitótica
La división mitótica es el mecanismo de la reproducción asexual de las células eucariontes y consiste en una
división del núcleo (llamada mitosis), seguida por la división del citoplasma (la citocinesis). La palabra
“mitosis” proviene del término griego que significa “hilo”; durante la cual, los cromosomas se condensan y
aparecen como delgadas estructuras filamentosas. La citocinesis (“movimiento de la célula” en griego) es la
división del citoplasma en dos células hijas (Audesirk et al., 2013).
Después de la interfase, cuando los cromosomas de la célula se duplicaron y se realizaron otros
preparativos necesarios para la división, puede realizarse la división mitótica. Con base en el aspecto y
actividad de los cromosomas, la mitosis se divide en cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase
(Audesirk et al., 2013).
15.
16. La mitosis da a cada núcleo de las células hijas una copia de los cromosomas duplicados de la célula
progenitora y la citocinesis deposita un núcleo en cada célula hija. Por tanto, la división mitótica produce
dos células hijas que son genéticamente idénticas entre sí y a la célula madre, que contienen cantidades
iguales de citoplasma
La división mitótica, seguida por la diferenciación de las células hijas, permite al óvulo fecundado
convertirse en individuo adulto con, quizá, billones de células especializadas (Audesirk et al., 2013)
División mitótica Gracias a esta, un organismo puede mantener sus tejidos, muchos de los cuales
necesitan reemplazos; por ejemplo, para reparar partes dañadas por una herida o incluso regenerar
partes completas. La división mitótica es también el mecanismo por el que se reproducen las células
madre (Audesirk et al., 2013).
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18. Citocinesis en una célula vegetal
La citocinesis de las células vegetales es muy diferente, quizá porque sus paredes rígidas hacen
imposible que se divida una célula en dos por opresión de la cintura.
En cambio, vesículas llenas de carbohidratos, que brotan del aparato de Golgi, se alinean a lo
largo del ecuador de la célula entre los dos núcleos(Figura 33). Las vesículas se fusionan y
producen una estructura llamada placa celular, que es como un saco aplanado, rodeado por
membrana y lleno de carbohidratos pegajosos.
19.
20. División meiótica
La división meiótica es un requisito de la reproducción sexual en todos los organismos eucariontes. En
los animales, la división meiótica ocurre únicamente en ovarios y testículos. La división meiótica
consiste en una división especializada del núcleo llamada meiosis y dos rondas de citocinesis para
producir cuatro células hijas que pueden convertirse en gametos (óvulos o espermatozoides)Los
gametos llevan la mitad del material genético del progenitor. Las células producidas por división
meiótica no son genéticamente idénticas entre ellas ni a la célula original (Audesirk et al., 2013). La
meiosis reduce a la mitad el número de cromosomas La clave de la reproducción sexual en los
eucariontes es la meiosis, la producción de núcleos haploides de padres con cromosomas apareados.
En la división meiótica (meiosis seguida por citocinesis), cada célula hija recibe un miembro de cada
par de cromosomas homólogos. Por tanto, la meiosis (que proviene de la palabra griega que significa
“disminuir”) reduce a la mitad el número de los cromosomas de una célula diploide (Audesirk et al.,
2013
21.
22. Meiosis I
Las fases de la meiosis llevan los mismos nombres que las fases aproximadamente equivalentes de la
mitosis, seguidas por el número I o II para distinguirlas de las dos divisiones nucleares que ocurren en la
meiosis. La primera división de la meiosis (llamada meiosis I) separa los pares de homólogos y envía uno
de cada par a cada uno de los dos núcleos hijos, con lo que se producen dos núcleos haploides
Ahora bien, cada homólogo sigue constando de dos cromáticas (Audesirk et al., 2013). División meiótica
(meiosis I) En las descripciones siguientes, suponemos que hay una citocinesis junto con las divisiones
nucleares. Como en la mitosis, los cromosomas se duplican en la interfase, antes de la meiosis, y las
cromátidas hermanas de cada cromosoma se unen una a la otra en el centrómero, Cuando comienza la
meiosis (Audesirk et al., 2013).
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24. Meiosis II
Una segunda división (llamada meiosis II) separa las cromátidas y empaca una cromática en
cada uno de los otros dos núcleos hijos. Por tanto, al final de la meiosis hay cuatro núcleos
haploides hijos, cada uno con una copia de cada cromosoma homólogo. Como cada núcleo se
encuentra en una célula diferente, la división meiótica produce cuatro células haploides a partir
de una célula diploide original (Audesirk et al., 2013).
División meiótica (meiosis II) La meiosis evolucionó de la mitosis, así que muchas de las partes y
acontecimientos de la meiosis se parecen o son idénticos en la mitosis. Sin embargo, la meiosis
se distingue de la mitosis en un sentido importante: durante la meiosis, la célula pasa por una
ronda de replicación de ADN seguida por dos divisiones del núcleo (Audesirk et al., 2013).
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26. Muerte celular
Las células pueden ser eliminadas en cualquier momento de su ciclo celular. Esta eliminación
puede estar mediada por mecanismos internos celulares o por la acción de agentes externos.
Con base en criterios morfológicos y bioquímicos, en las células eucariotas se han definido tres
clases de muerte celular: apoptosis, autofagia y necrosis (Figura 37) (Ramírez-Agudelo y Rojas-
López, 2010).
27. Apoptosis
La apoptosis es un proceso activo en el que se consume ATP
, mediado primordialmente por
caspasas. En cuanto a los cambios morfológicos, la apoptosis se caracteriza por la condensación
de la cromatina y fragmentación del núcleo y del DNA, dando origen a los cuerpos apoptóticos
que contiene material celular degradado.
La apoptosis es esencial para el desarrollo y homeostasis de los tejidos, participa en la respuesta
inmune y, en general, en todos los procesos fisiológicos. Se ha demostrado que la muerte
celular en procariotas es muy similar al proceso apoptótico que realizan las células eucariotas
(Hochman, 1997).
28. Autofagia
Es un proceso lento que inicialmente afecta a organelos y comportamientos celulares. Durante la
autofagia algunas porciones del citoplasma quedan aisladas dentro de una vacuola de doble
membrana y son digeridas por hidrolasas lisosoma les. Este mecanismo es inducido en
condiciones micro ambientales adversas como limitantes de nutrientes y cuando se debe
remover un organelo con alteraciones funcionales.
29. Necrosis
En la necrosis hay ganancia de volumen celular (oncosis), ruptura de la membrana plasmática y
salida del material intracelular. El aspecto de las células necróticas resulta de la desnaturalización
de proteínas y de la digestión enzimática autolítica o heterolítica.
30. Teoría Celular
Como las células son muy pequeñas, no se supo de ellas hasta la
invención del microscopio, a mediados del siglo XVII…Pero ver las células
fue apenas el primer paso para entender su importancia. En 1838, el
botánico alemán Mathias Schleiden concluyó que las células y las
sustancias que producen forman la estructura básica de las plantas y que
el crecimiento vegetal se da por agregación de células nuevas. En 1839,
el biólogo alemán Theodor Schwann llegó a conclusionessimilares para
las células animales.
El trabajo de Schleiden y Schwann arrojó una teoría unificada de las
células como unidades fundamentales de la vida. En 1855, el médico
alemán Rudolf Virchow completó la teoría celular, al concluir que todas
las células provienen de células ya existentes (Figura 5) (Audesirk et al.,
2013).
