Libro Biologia Comun
1 BIOLOGÍA COMÚN Este ejemplar pertenece a: Curso: Asignatura BIOLOGÍA COMÚN. Mail: Preuniversitario Pedro de Vald
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BIOLOGÍA COMÚN
Este ejemplar pertenece a:
Curso: Asignatura BIOLOGÍA COMÚN.
Mail:
Preuniversitario Pedro de Valdivia Diseño e Impresión Grafhika Impresores
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Santiago de Chile, abril de 2019 Se autoriza la reproducción parcial citando la fuente.
Profesor(a):
Horario de Clases:
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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PRESENTACIÓN El libro que tienes en tus manos reúne el contenido fundamental que te permitirá emprender efectivamente tu preparación para la PSU de Ciencias – Biología Módulo Común. Este material es parte de las herramientas que Preuniversitario Pedro de Valdivia pone a tu disposición para que puedas llevar a cabo una adecuada preparación para rendir la Prueba de Selección Universitaria. Sin embargo, es fundamental aclarar desde ya que, pese a ser un recurso muy potente, no es excluyente ni privativo: cada programa ha sido pensado y diseñado para contar con distintos apoyos que se complementan entre sí. Este libro te será de gran utilidad siempre y cuando lo utilices siguiendo las indicaciones de tu profesor y lo complementes con las distintas actividades que te sean indicadas, las que te irán guiando, paso a paso, en tu preparación para la PSU. El correcto uso de este material contribuirá a la adquisición de los conocimientos básicos para responder adecuadamente a las exigencias de la PSU. También te permitirá desarrollar las competencias y Habilidades del Pensamiento Científico evaluadas en la prueba. Por ello, es necesario que comprendas no solo el temario y su pertinencia, sino también el sentido del orden en que ha sido organizado. Los contenidos de la prueba PSU Ciencias-Biología Módulo Común están organizados en cinco Áreas Temáticas, las cuales son desarrolladas en los cuatro capítulos de este libro. Estos capítulos están ordenados en función del porcentaje de ejercicios que se evalúan en la prueba vigente. En primer lugar, encontrarás un capítulo dividido en cinco unidades. Se inicia con el conocimiento del Método Científico, punto de partida para establecer la base mínima de Habilidades del Pensamiento Científico, transversal a todos los contenidos de este libro. Su estudio y comprensión
incrementará la capacidad para resolver todo tipo de situaciones que sean pertinentes en las distintas Áreas Temáticas. A continuación se revisan los fundamentos fisiológicos, estructurales, metabólicos, y reproductivos de la célula, unidad central del estudio biológico. En el segundo capítulo se estudia la relación del organismo con su entorno, a nivel de poblaciones, comunidades y transferencia de materia y energía. Aspecto importante es establecer de qué modo el humano se ha convertido en un agente de deterioro del ambiente y las opciones disponibles para revertir esta situación. Sin duda, son los capítulos más exigentes de la prueba ya que contemplan prácticamente el 50% de la cantidad de ejercicios. En el tercer capítulo se puede analizar los mecanismos hereditarios de los organismos y sus implicancias en la vida cotidiana. En el cuarto capítulo se revisan el sistema de integración biológica que permite a los organismos responder a las variaciones ambientales y adaptarse a los cambios en términos de la fisiología del sistema endocrino. Además, en éste se abarcan los temas asociados a Biología Humana y Salud, referentes a problemas de regulación hormonal. En suma, este libro constituye la base teórica y temática para el trabajo que realizarás durante el curso de preparación para la PSU de Ciencias Biología Módulo Común. Ciertamente, lograr el objetivo propuesto exige estudio ordenado y sistemático. Es imprescindible, por lo tanto, el trabajo que desarrollarás en el aula, con el apoyo y la dirección de tu profesor. Su experiencia, sumada a la ejercitación continua, la revisión exhaustiva de tus avances y la evaluación constante que obtendrás clase a clase, serán fundamentales para el éxito del programa que ahora inicias.
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BIOLOGÍA COMÚN
ÍNDICE DE CONTENIDOS Presentación....................................................................................................................................................................................................... 3 Taller de Estrategia............................................................................................................................................................................................ 8 Registro de Avance..........................................................................................................................................................................................15 CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR................................................................16 Introducción.....................................................................................................................................................................................................17 UNIDAD 1: EL MÉTODO CIENTÍFICO........................................................................................................................................ 18 Etapas del método científico........................................................................................................................................................................18 Teoría, ley, principio y modelo.....................................................................................................................................................................22 Razonamiento y comunicación científica.................................................................................................................................................24 Tablas y gráficos...............................................................................................................................................................................................26 Terminología científica...................................................................................................................................................................................28 Autoevaluación de conceptos clave...........................................................................................................................................................31 UNIDAD 2: TEORÍA CELULAR Y NIVELES DE ORGANIZACIÓN....................................................................................32 Niveles de organización de los seres vivos................................................................................................................................................32 Teoría celular....................................................................................................................................................................................................35 Características de los sistemas biológicos................................................................................................................................................36 Autoevaluación de conceptos clave...........................................................................................................................................................38 UNIDAD 3: BIOMOLÉCULAS....................................................................................................................................................... 39 Moléculas en los sistemas biológicos.........................................................................................................................................................39 Propiedades del agua....................................................................................................................................................................................40 Sales minerales................................................................................................................................................................................................42 Bioquímica de carbohidratos.......................................................................................................................................................................43 Bioquímica de proteínas...............................................................................................................................................................................47 Bioquímica de lípidos ....................................................................................................................................................................................54 Nucleotidos y ácidos nucleicos....................................................................................................................................................................56 Autoevaluación de conceptos clave...........................................................................................................................................................61 UNIDAD 4: CÉLULA PROCARIONTE Y EUCARIONTE.......................................................................................................62 Introducción.....................................................................................................................................................................................................62 Células procariontes.......................................................................................................................................................................................63 Células eucariontes.........................................................................................................................................................................................65
ÍNDICE
5
Límite celular....................................................................................................................................................................................................66 Transporte a través de la membrana..........................................................................................................................................................73 Transporte pasivo............................................................................................................................................................................................75 Transporte activo.............................................................................................................................................................................................80 Autoevaluación de conceptos clave...........................................................................................................................................................85 Organización interna celular.........................................................................................................................................................................86 Estructuras membranosas............................................................................................................................................................................87 Estructuras no membranosas......................................................................................................................................................................99 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................105 UNIDAD 5: REPRODUCCIÓN CELULAR...............................................................................................................................106 Introducción...................................................................................................................................................................................................106 Ciclo celular o ciclo proliferativo celular..................................................................................................................................................106 Mitosis..............................................................................................................................................................................................................110 Cáncer..............................................................................................................................................................................................................112 Meiosis..............................................................................................................................................................................................................114 Gametogénesis..............................................................................................................................................................................................118 Mutaciones cromosómicas.........................................................................................................................................................................121 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................124 CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE......................................................................................................................125 Introducción...................................................................................................................................................................................................126 UNIDAD 1: ECOLOGÍA DE LAS POBLACIONES.................................................................................................................. 127 Densidad y distribución espacial de las poblaciones..........................................................................................................................128 Crecimiento poblacional.............................................................................................................................................................................133 Modelos de crecimiento poblacional.......................................................................................................................................................134 Curvas de supervivencia..............................................................................................................................................................................137 Estrategias de vida........................................................................................................................................................................................138 Estructura etaria............................................................................................................................................................................................139 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................143 UNIDAD 2: ECOLOGÍA DE LAS COMUNIDADES.............................................................................................................. 144 Interacciones entre los organismos de una comunidad.....................................................................................................................144 Estructura biológica de las comunidades ..............................................................................................................................................153 Biodiversidad..................................................................................................................................................................................................155
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BIOLOGÍA COMÚN
ÍNDICE DE CONTENIDOS Sucesión ecológica.......................................................................................................................................................................................157 Especies nativas, endémicas, introducidas, invasoras y cosmopolitas...........................................................................................160 Estructura física de las comunidades.......................................................................................................................................................162 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................163 UNIDAD 3: FLUJO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS ECOSISTEMAS........................................................................164 Ecosistemas y sus componentes básicos................................................................................................................................................165 Flujo de energía y estructura trófica.........................................................................................................................................................166 Rol de la fotosíntesis y de la respiración celular....................................................................................................................................169 Productividad.................................................................................................................................................................................................171 Pirámides tróficas..........................................................................................................................................................................................173 Bioacumulación y magnificación biológica...........................................................................................................................................176 Ciclos biogeoquímicos.................................................................................................................................................................................178 Biomas de chile..............................................................................................................................................................................................182 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................185 UNIDAD 4: IMPACTO HUMANO EN LOS ECOSISTEMAS Y BIODIVERSIDAD......................................................186 Alteraciones de los ecosistemas debido a la actividad humana.......................................................................................................186 Alteraciones de la biodiversidad debido a la actividad humana......................................................................................................193 Ecología de la conservación.......................................................................................................................................................................195 Ecología de la restauración.........................................................................................................................................................................196 Recursos naturales y desarrollo sustentable .........................................................................................................................................197 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................198 CAPÍTULO III: HERENCIA.................................................................................................................................................. 199 UNIDAD: GENÉTICA..................................................................................................................................................................... 200 Introducción...................................................................................................................................................................................................200 Glosario............................................................................................................................................................................................................201 El método de trabajo mendeliano............................................................................................................................................................202 Leyes de mendel............................................................................................................................................................................................204 Genética post-mendeliana..........................................................................................................................................................................213 Herencia ligada al sexo................................................................................................................................................................................218 Genealogías....................................................................................................................................................................................................226 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................232
ÍNDICE
7
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES..................................................................................................233 Introducción...................................................................................................................................................................................................234 UNIDAD 1: SISTEMA ENDOCRINO.......................................................................................................................................... 235 Control hormonal..........................................................................................................................................................................................235 Las glándulas endocrinas secretan hormonas......................................................................................................................................237 Clasificación química de hormonas.........................................................................................................................................................237 Características y propiedades de las hormonas....................................................................................................................................240 Efectos de la acción hormonal...................................................................................................................................................................241 Control del hipotálamo sobre la hipófisis...............................................................................................................................................241 Acción de las hormonas no hipofisiarias.................................................................................................................................................246 Glándula tiroides...........................................................................................................................................................................................247 Glándulas paratiroides.................................................................................................................................................................................249 Glándula suprarrenal....................................................................................................................................................................................251 Páncreas..........................................................................................................................................................................................................254 Diabetes mellitus...........................................................................................................................................................................................255 Hormonas reguladoras de la glicemia.....................................................................................................................................................260 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................263 UNIDAD 2: HORMONAS Y SEXUALIDAD.............................................................................................................................264 Reproducción asexual..................................................................................................................................................................................264 Reproducción sexual....................................................................................................................................................................................267 Anatomía y fisiología de sistemas reproductores humanos..............................................................................................................269 Anatomía y fisiología masculina................................................................................................................................................................269 Anatomía y fisiología femenina.................................................................................................................................................................275 Fecundación y desarrollo embrionario....................................................................................................................................................283 Infertilidad y reproducción asistida..........................................................................................................................................................285 Técnicas de reproducción asistida............................................................................................................................................................285 Parto y regulacion hormonal......................................................................................................................................................................287 Lactancia y regulacion hormonal..............................................................................................................................................................290 Anticoncepción y planificación familiar...................................................................................................................................................292 Impacto del control de la natalidad en la población...........................................................................................................................296 Infecciones de transmisión sexual (I.T.S.).................................................................................................................................................297 Pubertad: etapa de cambios......................................................................................................................................................................299 Envejecimiento..............................................................................................................................................................................................301 Autoevaluación de conceptos clave.........................................................................................................................................................302
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BIOLOGÍA COMÚN
TALLER DE ESTRATEGIA Tu camino de excelencia personalizada. La palabra estrategia significa, en una de sus acepciones, el conjunto de las reglas que aseguran una decisión óptima en cada momento (Diccionario de la RAE). Este concepto te puede ser de mucha utilidad para lograr tu máximo, gracias a un trabajo organizado, desarrollado en forma sistemática, sin sobresaltos ni estrés.
Con estos datos claros, deberás averiguar cuáles son los requisitos de ingreso a la carrera que deseas y el puntaje de corte del año anterior. Imaginemos que el primer estudiante desea estudiar Bioquímica en la Universidad de Concepción y el segundo Medicina en la Pontificia Universidad Católica de Chile.
Hemos llamado Camino de Excelencia Personalizada (CEP) a la ruta que seguirás para lograr el ingreso a la universidad, a la carrera que deseas. En este caminar tendrás siempre el apoyo de personas (profesores, tutores, orientadores y psicólogos) y de recursos (plataformas, consultas, talleres, etc.) que te ofrece el Modelo Educativo 360°, exclusivo de Preuniversitario Pedro de Valdivia.
1. La carrera de Bioquímica en la Universidad de Concepción tuvo un puntaje de corte el año pasado de 645 puntos. Los porcentajes de ponderación son:
Lo primero que debes hacer es orientarte, es decir, saber desde dónde partes y hasta dónde deseas llegar. Al respecto, tú partes ya con un puntaje previo, esto es: • Tu promedio de notas • El puntaje que obtienes por ranking de notas Éste último varía de acuerdo al liceo o colegio en el cual estudias o estudiaste. A modo de ejemplo, un estudiante que logró un promedio de 5,48 tiene un puntaje de 513 puntos. Como con este promedio no está en el tramo superior de notas de su colegio, su puntaje ranking también equivale a 513 puntos. En cambio, otro estudiante con 6,90 de promedio obtiene por notas un puntaje de 806 puntos y, como ocupa los primeros lugares entre los alumnos de su colegio, obtiene 850 puntos de ranking. Aparentemente, el estudiante del primer caso tendrá que esforzarse mucho más que el segundo para ingresar a la carrera que desea. Sin embargo, esto dependerá de las exigencias de carrera y universidad a las que desea ingresar.
a) NEM: 15% b) Ranking: 25% c) Lenguaje: 15%
d) Matemática: 35% e) Ciencias: 10%
El estudiante de nuestro ejemplo obtendría 76,95 puntos en notas (513 x 0,15) y 128,25 puntos por el ranking (513 x 0,25), por lo tanto, tiene acumulados 205,20 puntos, equivalentes al 40% de la ponderación (15 + 25 = 40). El 60% restante debe obtenerlo con el puntaje de las pruebas de selección (PSU). Para llegar al puntaje de corte necesita obtener un promedio de 733 puntos en las PSU: Lenguaje (15%): 109,95 Matemática (35%): 256,55 Ciencias (10%): 73,3 La suma es 109,95 + 256,55 + 73,3 = 439,8 Esta cantidad, sumada a la correspondiente a notas y ranking (205,20), da 645 que es igual al puntaje de corte. Sin embargo, el estudiante puede tener habilidades distintas, por ejemplo, puede aprender con más facilidad matemática
9
TALLER DE ESTRATEGIA
que lenguaje. En este caso, deberá planificar su estudio para obtener mayor puntaje en matemática con el fin de compensar posibles deficiencias en Lenguaje (o viceversa). Detalles como éste contribuyen a idear una estrategia exitosa. 2. En el segundo caso, el estudiante debe alcanzar un puntaje de corte de 798,5. Los porcentajes de ponderación para Medicina en la P. U. Católica son: a) Notas: 20% b) Ranking: 20% c) Lenguaje: 15%
d) Matemática: 20% e) Ciencias: 25%.
En notas y ranking (40%) este estudiante tiene 331,8 puntos. En consecuencia, deberá obtener como promedio en las PSU 778 puntos. Pese a que sus notas y ranking le favorecen, los puntajes PSU que debe obtener son altos, por lo que no debe descuidar su preparación. En síntesis, la meta para el primer estudiante es alcanzar 733 puntos como promedio en las PSU y para el segundo, 778 puntos. Corresponde, entonces, medirse mediante un diagnóstico para saber con qué puntajes cuenta en el inicio de su camino.
Cálculo de puntaje meta para ambos casos (los puntajes PSU corresponden a lo obtenido en el diagnóstico): Bioquímica U. de Concepción
Medicina P. U. Católica de Chile
Ponderación
Puntaje Alumno
Cálculo
Resultado
Ponderación
Puntaje Alumno
Cálculo
Resultado
NEM (15%)
513
513 x 0,15
76,95
NEM (20%)
806
806 x 0,20
161,20
RK (25%)
513
513 x 0,25
128,25
RK (20%)
850
850 x 0,20
170,00
LE (15%)
545
545 x 0,15
81,75
LE (15%)
680
680 x 0,15
102,00
MA (35%)
618
618 x 0,35
216,30
MA (20%)
745
745 x 0,20
149,00
CS (0%)
---
---
---
CS (0%)
---
---
---
CI (10%)
591
591 x 0,10
59,10
CI (25%)
694
694 x 0,25
173,50
Puntaje ponderado
562,35
Puntaje ponderado
755,7
Puntaje último seleccionado 2018
644,97
Puntaje último seleccionado 2018
798,50
Diferencia
- 82,62
Diferencia
- 42,80
Como puede apreciarse, la meta del primer estudiante es aumentar en 82,62 puntos en promedio en la PSU y, en el segundo caso, aumentar 42,80 puntos. Una vez fijadas estas metas, los estudiantes deben asistir al Taller de Estrategia, donde se les enseñará a organizar su trabajo para poder lograrlas. Lo que aquí te contamos es una síntesis de lo deberás experimentar en el Taller de Estrategia en clases. Lo primero que debes hacer es llenar tu Ficha Estratégica, donde se consignan los datos del cuadro anterior. Enseguida se deben analizar el ensayo rendido y determinar tu nivel o grado de dominio en cada eje o área temática (para
cada asignatura) en ese momento. Con estos datos es posible diseñar un plan de acción para el cual el Modelo Educativo 360° presenta todos los recursos necesarios para que logres tu máximo. ¿Cuáles son los recursos con los que contarás? Aparte de las clases, los libros y las guías, podrás asistir a consulta con tu profesor, a talleres de distinto tipo (de nivelación, de ejercitación, de repaso, etc.), podrás visitar las plataformas (Full Contenido, Full Ejercicio, Full Evaluación y Orientación), etc. Con estos apoyos y la orientación estratégica de tus profesores y tutores, podrás ir superando tus debilidades en ciclos mensuales.
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BIOLOGÍA COMÚN
Estos ciclos mensuales corresponden a los períodos entre evaluaciones, llamadas Jornadas de Evaluación General (el diagnóstico es la Primera JEG), que pueden ser presenciales u on line. Es fundamental que participes en todas ellas, porque con cada evaluación podrás redefinir tu plan de acción, dando mayor énfasis a ciertos aspectos. En cada asignatura se te señalará qué es lo más relevante para que logres aumentar tu puntaje. Como podrás constatar, las preguntas de la PSU no tienen el mismo valor en la corrección. Esto dependerá del tramo de puntaje en el cual te encuentres, cosa que se explicará en cada asignatura. Ponderación
Puntaje alumno
La filosofía de esta estrategia es avanzar de manera gradual, construyendo una base sólida de conocimientos que te permita seguir progresando con seguridad. De acuerdo a las unidades de cada asignatura, podrás ir mejorando tu dominio de manera sistemática. Veamos otro ejemplo: un estudiante tiene un promedio de notas de 5,67 y desea estudiar Ingeniería Civil Industrial en la Universidad Técnica Federico Santa María, en Valparaíso. Su situación después de dar el diagnóstico es la siguiente: Cálculo
Resultado
NEM. 20%
552
552 x 0,20
110,40
Ranking: 20%
552
552 x 0,20
110,40
Lenguaje: 10%
516
516 x 0,10
51,60
Matemática: 40%
592
592 x 0,40
236,80
Ciencias: 10%
564
564 x 0,10
56,40
Puntaje ponderado
565,60
Puntaje último seleccionado 2018
682,70
Diferencia
- 117,10
Este estudiante, siguiendo su Camino de Excelencia Personalizada, tuvo la siguiente evolución: Asignatura
Diagnos.
2ª JEG
3ª JEG
4ª JEG
5ª JEG
6ª JEG
7ª JEG
8ª JEG
9ª JEG
PSU
Lenguaje
516
522
538
542
566
594
606
640
686
714
Matemática
592
606
638
656
691
702
718
739
786
798
Ciencias
564
545
558
564
570
606
615
699
725
764
Por lo tanto, su postulación final a la universidad fue: Ponderación
Puntaje alumno
Cálculo
Resultado
NEM. 20%
552
552 x 0,20
110,40
Ranking: 20%
552
552 x 0,20
110,40
Lenguaje: 10%
714
714 x 0,10
71,40
Matemática: 40%
798
798 x 0,40
319,20
Ciencias: 10%
764
764 x 0,10
76,40
Puntaje ponderado
687,80
Puntaje último seleccionado 2018
682,70
Diferencia
+ 5,10
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
TALLER ESTRATÉGICO ÁREAS TEMÁTICAS DE LA PRUEBA BIOLOGÍA MÓDULO COMÚN ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR Unidad 1. Método Científico. Unidad 2. Teoría Celular y Niveles de Organización Biológica. Unidad 3. Biomoléculas. Unidad 4. Célula Procarionte y Eucarionte. Unidad 5. Reproducción Celular.
ORGANISMO Y AMBIENTE Unidad 1. Ecología de Poblaciones. Unidad 2. Ecología de Comunidades. Unidad 3. Flujo de Energía y Materia en los Ecosistemas. Unidad 4. Impacto Humano en los Ecosistemas y Biodiversidad.
HERENCIA Unidad. Genética.
PROCESOS Y FUNCIONES VITALES Unidad 1. Sistema Endocrino. Unidad 2. Hormonas y Sexualidad.
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BIOLOGÍA COMÚN
RANGOS DE DOMINIO CIENCIAS BIOLOGÍA MÓDULO COMÚN La evaluación vigente PSU® Ciencias-Biología contiene 80 ejercicios. Está organizada de modo que los primeros 54 ejercicios corresponden al Módulo Común (18 de cada subsector) y los siguientes 26 ejercicios corresponden al Módulo Electivo. Los 18 ejercicios de Biología PSU® Ciencias Módulo Común evalúan contenidos de I a II Medio, y de acuerdo al modelo vigente, están distribuidos en cinco Áreas
Subsector
Biología
Área temática
Temáticas, según la tabla señala. En esta, de acuerdo al porcentaje que cada Área Temática representa en la prueba, se distribuyen la cantidad de ejercicios indicados y en función de la media establecida en el proceso de normalización de puntajes se establece cuántos ejercicios corresponden a la clasificación de Nivel de Dominio Bajo, Mediano o Alto. Número de ejercicios para nivel de dominio Bajo
Mediano
Alto
Total
Organización, Estructura y Actividad Celular
0a2
3a4
5a5
6
Organismo y Ambiente
0a2
3a5
6a7
7
Herencia y Evolución
0
1
2
2
Procesos y Funciones Vitales
0
1
2
2
Biología Humana y Salud
0
0
1
1
0% a 30%
31% a 79%
80% a 100%
18
Cada vez que rindas una Jornada de Evaluación General, el análisis de los resultados obtenidos permite valorar el grado de dominio que posees en cada Área Temática de acuerdo al número de ejercicios correctos, en función de los indicadores señalados. Es muy importante que rinda cada una de las Jornadas de Evaluación General, ya que es la forma de evaluar el logro de aprendizajes y habilidades, y valorar el avance en dominios de cada Área Temática. Se trata entonces de aumentar gradualmente el número de ejercicios correctos
hasta lograr la cantidad que necesites para la meta que establezcas. Como puedes ver, al hacer este análisis después de cada Jornada de Evaluación General podrás orientar tu estudio de la forma más adecuada para tu caso particular, de manera de maximizar tus logros sin estresarte ni angustiarte, cumpliendo pequeñas metas parciales que, sumadas, te permitirán alcanzar tu gran objetivo. Todos estos elementos, en todo caso, serán abordados y profundizados en el Taller Estratégico presencial.
TALLER DE ESTRATEGIA
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SIGNIFICADO DEL PUNTAJE PSU® El Puntaje (P) se obtiene de la suma de ejercicios correctos, sin importar la cantidad de incorrectos u omitidos.
importante que en cada Jornada de Evaluación General, hagas el análisis de avance en Grados de Dominio y determines en qué Área Temática enfatizar el trabajo para obtener la cantidad de puntos que has establecido como meta.
El Puntaje PSU (PSU) se obtiene luego de normalizar los Puntajes (P) del universo de estudiantes que rindieron la prueba correspondiente.
Como puedes ver en esta tabla, cuando se pasa de 38 ejercicios buenos a 39, se incrementa el puntaje en 5 puntos (de 591 a 596); sin embargo, en el caso de pasar de 63 a 64 ejercicios correctos, el incremento es de 7 puntos. Esto significa que las variaciones de incremento de puntaje no son constantes. Es necesario, sin embargo, recordar que en cualquier punto de la tabla en que te encuentres, todos los ejercicios -independientemente de su grado de dificultad- son equivalentes, es decir, que no hay diferencias por grado de dificultad.
Con esta transformación, los puntajes individuales indican su posición relativa dentro del grupo que rindió la prueba. La escala del puntaje PSU va desde 150 puntos a 850 puntos. Este puntaje tiene una distribución normal, con un promedio de 500 puntos y una desviación estándar de 110 puntos. Puedes apreciar que obteniendo 24 ó 25 ejercicios correctos obtienes alrededor de 500 puntos. De ahí resulta
Puntajes PSU Ciencias - Biología. Tablas de transformación de puntajes expresados en puntaje (P) y puntaje PSU (PSU). P PSU
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
150
167
175
184
192
201
209
217
226
234
257
283
308
329
349
371
392
409
425
443
P
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
PSU
457
470
484
495
506
514
523
529
537
545
551
558
564
570
576
582
586
591
596
601
P
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
PSU
606
611
615
620
625
629
623
637
642
648
651
655
660
654
668
674
678
684
689
694
P
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
PSU
699
704
709
716
725
730
738
747
755
764
773
781
790
798
807
816
824
833
841
850
Veamos cómo funciona nuestro modelo con una situación concreta en el análisis que se debe realizar en la asignatura de Biología en la variación desde la Primera Jornada de Evaluación General a la Tercera Jornada de Evaluación General:
De una Jornada a la siguiente hubo 7 ejercicios correctos más.
Primera JEG: 570, esto es 34 ejercicios correctos de 80
Si sólo se consideran los 18 ejercicios de Biología, del total de 80 que tiene la prueba Ciencias, es necesario determinar cuántos ejercicios por Área Temática son correctos y cuántos se deben aumentar para avanzar en la meta.
Tercera JEG : 606, esto es 41 ejercicios correctos de 80
Considera la siguiente situación obtenida para la Primera Jornada:
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BIOLOGÍA COMÚN
Número de ejercicios correctos en 1a Jornada Organización, Estructura y Actividad Celular
Organismo y Ambiente
Herencia y Evolución
Procesos y Funciones Vitales
Biología Humana y Salud
3 de 6
3 de 7
1 de 2
1 de 2
0 de 1
Atendiendo al Grado de Dominio por Área Temática es posible valorar cuáles son las de mejor nivel. Se trata de mejorar poco a poco, enfatizando la preparación en las áreas que se tiene mejor nivel de dominio, de modo que, dependiendo de la época del año en el
avance de la revisión temática y adecuada ejercitación, se puede aumentar el número de ejercicios correctos, por lo tanto, los 7 ejercicios que marcan la diferencia entre las jornadas en análisis se derivan del siguiente avance:
Número de ejercicios correctos en 3a Jornada Organización, Estructura y Actividad Celular
Organismo y Ambiente
Herencia y Evolución
Procesos y Funciones Vitales
Biología Humana y Salud
5 de 6
6 de 7
2 de 2
1 de 2
1 de 1
Como puedes ver, al hacer este análisis después de cada Jornada de Evaluación General podrás orientar tu estudio de la forma más adecuada para tu caso particular, de manera de maximizar tus logros sin estresarte ni angustiarte,
cumpliendo pequeñas metas parciales que, sumadas, te permitirán alcanzar tu gran objetivo. Todos estos elementos, en todo caso, serán abordados y profundizados en el Taller Estratégico presencial.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
REGISTRO DE AVANCE Lleva un registro semanal de lo que has revisado, así puedes ordenar tu trabajo. Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Contenidos revisados
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BIOLOGÍA COMÚN
CAPÍTULO I
ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR • • • • •
Unidad 1: El método científico Unidad 2: Teoría celular y niveles de organización Unidad 3: Biomoléculas Unidad 4: Célula procarionte y eucarionte Unidad 5: Reproducción celular
17 INTRODUCCIÓN En toda investigación científica subyace un enfoque hipotético deductivo en el cual los científicos se formulan preguntas y evalúan respuestas. Este método les permite modificar las ideas y corregirlas a medida que cuentan con nuevas observaciones e información.
La Biología es la disciplina científica que tiene como objeto de estudio a los seres vivos , por ejemplo a nivel de su estructura, origen, evolución, propiedades, etc., tanto en forma individual como a nivel de las interacciones con otros seres vivos y con el medio, con el fin de establecer los principios generales que rigen la vida. La Biología, la Química, y la Física, entre otras, pertenecen al grupo de las Ciencias Naturales, la cuales son ciencias empíricas, es decir, utilizan la experimentación y la lógica para responder a las preguntas que surgen de la observación de fenómenos naturales, como por ejemplo, ¿Cómo incorpora agua una planta?, ¿Por qué hay árboles que pierden sus hojas en invierno y otros no lo hacen? Existen numerosas preguntas sobre el “cómo” y el “por qué” para las que no hay respuestas y los nuevos descubrimientos van engendrando nuevas preguntas que nadie se formulaba antes. La forma de acceder al conocimiento o buscar respuestas es lo que llamamos Método Científico (camino al conocimiento).
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BIOLOGÍA COMÚN
UNIDAD 1 EL MÉTODO CIENTÍFICO ETAPAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO El Método Científico es el proceso mediante el cual una hipótesis científica es validada o bien descartada, aumentando así el cuerpo de conocimientos. El Método Científico es una forma de adquirir conocimientos basado en la experimentación (empirismo) y en la medición rigurosa y objetiva. Este método es un valioso instrumento que permite a la ciencia conseguir el conocimiento de la naturaleza. Debe ser riguroso para que lleve a resultados precisos, ya que un método vago solo puede llevar a resultados confusos, y debe ser el adecuado para cada caso específico, además de ser aplicado con inteligencia e imaginación.
CONCEPTOS CLAVE Método científico Observación Planteamiento del problema Hipótesis Experimentación Conclusión Teoría Ley
Principio Modelo Razonamiento científico Interpretación de gráficos Relación directa e inversa Interpolación y extrapolación Tabla de datos Tipos de gráficos
Lo anterior significa que la ruta trazada no es inmutable y que es imposible tener proyectado en todos sus detalles el camino a seguir. En cierto modo, el método es un camino que se va haciendo, o al menos, se va completando al recorrerlo en cada investigación científica.
ETAPAS DEL MÉTODO CIENTÍFICO. El método científico puede considerarse como una secuencia de etapas. A. Observación B. Planteamiento del Problema C. Hipótesis
Replanteamiento de la hipótesis
D. Experimentación E. Análisis F. Conclusión G. Publicación
NO ¿Los resultados obtenidos son acordes con la hipótesis planteada? SÍ
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
A. OBSERVACIÓN
Indudablemente, el científico es una persona curiosa y las observaciones pueden ser de un fenómeno en la naturaleza, de un suceso experimental o de la literatura científica. En esta etapa se recopila la mayor cantidad de información, ya sea por el uso directo de los sentidos o por el uso de instrumentos como microscopios, balanzas, termómetros, etc. Cuando estas observaciones son documentadas se les conocen como datos, los cuales pueden ser cuantitativos (valores) o cualitativos (características). La observación es un enunciado y la reconocemos porque corresponde a una descripción de un fenómeno o de un hecho a analizar lo que permite plantear preguntas a partir de ella.
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B. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Corresponde a las preguntas que surgen a partir de la observación de las cuales se va identificando el problema. Una vez reconocido el problema se debe acotar y hacer rigurosa su presentación. En este nivel el investigador revisa la literatura científica al respecto e indaga y discute sobre el tema con sus colegas. Una vez que ha recolectado la suficiente información existente acerca de la misma observación, el científico estará en condiciones de delimitar el problema y puede especular sobre varias posibles causas. En el caso de lo planteado por Louis Pasteur, la pregunta fue: ¿surgen las células por generación espontánea o surgen a partir de otras células?
Un ejemplo clásico de investigación científica corresponde a los estudios realizados por Louis Pasteur a mediados del siglo XIX. En esa época había científicos que defendían la Teoría de la Generación Espontánea (Abiogénesis) y los que creían que la vida surge de la vida (Biogénesis), entre estos últimos estaba Pasteur. Se contaba con experimentos que apoyaban una u otra de estas teorías, pero, Pasteur estaba convencido que los microorganismos que descomponían la materia orgánica eran transportados por el aire y esto no terminaba de convencer a toda la comunidad científica.
C. HIPÓTESIS
La hipótesis es la posible respuesta para el problema. Son explicaciones tentativas para el fenómeno. Puede surgir más de una hipótesis, pero ellas deben ser probadas experimentalmente. Para que sea útil, la hipótesis debe llevar a una o varias predicciones, expresada por lo regular en un enunciado condicional: “si... entonces...”. Estas predicciones permiten identificar las causas o variables a estudiar en la investigación y diseñar un experimento que ponga a prueba a la hipótesis. Los experimentos producen resultados que, al analizarlos, sostienen o refutan la hipótesis, con lo que el investigador puede llegar a una conclusión sobre la validez de ésta. Siempre se debe enunciar en modo afirmativo, nunca en modo de pregunta.
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BIOLOGÍA COMÚN
En nuestro ejemplo, la hipótesis es: La aparición de microorganismos en líquidos alterables cuando están en contacto con el aire, se debe a que los microorganismos contaminan el líquido y se reproducen en dicho medio. Y la predicción es : Entonces, si se evita la llegada de microorganismos al líquido, se impedirá su desarrollo. Esta declaración predictiva induce al siguiente paso lógico: comprobar la hipótesis.
D. EXPERIMENTACIÓN
Una hipótesis es comprobada o rechazada a través de una serie de experimentos en los cuales las condiciones específicas son creadas deliberadamente para producir la observación en cuestión. Según sea la índole del trabajo, el investigador diseñará un experimento utilizando las técnicas más adecuadas. El propósito del experimento es determinar la relación causa-efecto existente entre una observación y una variable (la causa hipotética de la observación). Los experimentos simples ponen a prueba la afirmación de que un factor único (una variable) es la causa de una observación en particular. Para ser válido desde el punto de vista científico, el experimento debe descartar otras posibles variables como la causa de la observación. Por eso, los biólogos incluyen los controles o grupo control en sus experimentos. El grupo control (en las que todas las variables que no se prueban se mantienen constantes excepto la que se someterá a prueba) se comparan con el grupo experimental (en la que sólo se modifica la variable que se prueba y todas las demás se mantienen iguales a las del grupo control).
1. GRUPO EXPERIMENTAL Es el grupo en el cual la variable experimental manipulada está presente y todas las demás variables son las mismas que el grupo control. Este grupo responde directamente a la hipótesis.
2. GRUPO CONTROL Es el grupo sin la variable experimental, pero mantiene todas las otras condiciones idénticas al grupo experimental. Este grupo permite discriminar entre los efectos causados por la variable experimental en estudio y los originados por otros factores en la experimentación.
E. ANÁLISIS
En el diseño experimental de Pasteur los dos tratamientos son idénticos en todos los aspectos excepto en uno. Ambos utilizaban matraces del cuello de cisne de cristal llenos de la misma cantidad del mismo caldo de nutrientes. El contenido de los matraces se llevó a ebullición durante el mismo tiempo. En este caso, el grupo control es el de los matraces de cuello de cisne intactos, mientras que el grupo experimental es el de los matraces a los cuales se les rompió el cuello. La única diferencia entre ambos grupos de matraces es la forma en que están expuestos al aire, variable experimental y el resto de las condiciones son idénticas para ambos grupos. Estas últimas son llamadas variables controladas. Durante el experimento se recolectan datos que, posteriormente deben ordenarse para presentarse como resultados y análisis.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
PREGUNTA DE PASTEUR
E.
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CONCLUSIÓN
¿Puede acaso la vida generarse espontáneamente o proviene de vida ya existente?
Los resultados se presentan en tablas o gráficos, de modo que se establezcan relaciones entre las variables estudiadas.
MÉTODO
El análisis de los datos nos lleva nuevamente a la hipótesis, de tal forma que esta puede ser aceptada o rechazada.
Experimental
Control
Las células provienen de otras células preexistentes. En nuestro ejemplo, la hipótesis es aceptada ya que son los microorganismos transportados por el aire los causantes de la descomposición del caldo de cultivo.
F.
PUBLICACIÓN
El investigador recopila su trabajo precisando los pasos seguidos, las condiciones necesarias y suficientes, presenta los resultados ordenados en tablas y gráficos de tal forma que cualquier otro investigador sobre el tema pueda reproducir la experiencia. Esto permite el diálogo entre científicos y hace accesible la información a otros investigadores, que utilizarán este nuevo conocimiento como fundamento de sus propios trabajos, tal y como sucedió con el trabajo de investigación expuesto.
Conclusión. Toda la vida proviene de vida ya existente.
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BIOLOGÍA COMÚN
TEORÍA, LEY, PRINCIPIO Y MODELO
En este sentido el modelo es una representación idealizada de un fenómeno de la realidad, es mucho más sencillo, conocido o intuitivo y de esta forma nos permite comprender el fenómeno mucho mejor, un ejemplo es el modelo del mosaico fluido de la membrana plasmática celular que se muestra a continuación.
Muchas personas utilizan incorrectamente el vocablo teoría para referirse a una hipótesis. Una teoría se establece solo cuando un número importante de hipótesis que apuntan a un mismo fenómeno han sido sustentadas por resultados consistentes de muchos experimentos y observaciones. Como se formula a partir de un conjunto de hipótesis relacionadas entre sí la teoría también es la explicación de un fenómeno, en este caso, mucho más amplio. Una buena teoría sirve para relacionar hechos que previamente parecían aislados. Una buena teoría también crece, relaciona hechos adicionales conforme éstos se conocen. Predice nuevos hechos y hace pensar en nuevas relaciones entre fenómenos. Incluso puede sugerir aplicaciones prácticas. Una buena teoría, al mostrar las relaciones entre clases de hechos, simplifica y aclara nuestra comprensión de los fenómenos naturales. Por otro lado, una ley es una sentencia generalizada la cual se establece a través de relaciones del mismo tipo, por lo tanto es el fenómeno, el hecho, lo observado. Lo más característico de una ley es que es descrita a través del lenguaje matemático por lo que no deja lugar a dudas y no puede ser contrariada en el tiempo, como la Ley de Gravitación Universal por ejemplo. Un principio tiene las mismas características que la ley con excepción de que el principio no es expresado en lenguaje matemático y por lo tanto tiene cierta incertidumbre. Finalmente, con frecuencia sucede que las hipótesis y las teorías se formulan comparando el fenómeno estudiado con otro semejante, llamado modelo o el modelo surge a partir de cierta evidencia experimental.
Modelo del Mosaico Fluido
RESPONDA Hacia fines del siglo XVIII se sabía que las plantas necesitaban agua, aire y luz para crecer y que liberaban oxígeno. Esto lo expresamos actualmente así: 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6O2
Sin embargo, se desconocía que partes del agua y del dióxido de carbono eran utilizados en la producción de la glucosa, o de dónde era generado el oxígeno. Frente a esto, un científico propuso que el oxígeno proviene del agua. Lo destacado en el texto corresponde a
La propuesta del científico que “el oxigeno proviene del agua” corresponde a TRABAJO DE REDI
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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TRABAJO DE REDI
RESPONDA
Durante muchos años las observaciones indicaban que algunos organismos podían aparecer repentinamente. Las larvas aparecían en la carne, los ratones en el grano, y los escarabajos salían del excremento de las vacas. La gente se preguntaba cómo ocurrían estos fenómenos. Así, de una manera muy rudimentaria, identificaron un problema que debían resolver formulando una pregunta:
En el esquema de la derecha se muestra el experimento realizado por Redi en el cual expuso trozos de carne a la presencia de moscas en dos condiciones distintas y luego observó la aparición de larvas. Al respecto complete:
¿CÓMO SURGEN LOS ORGANISMOS? Por mucho tiempo, la gente había aceptado una explicación generalizada sobre la aparición repentina de algunos organismos: por alguna causa, la vida “surgía” de la materia inerte. Los eruditos de la época incluso dieron nombre a la idea de que la vida podía originarse de materia no viva: generación espontánea. En términos modernos, la idea de generación espontánea puede considerarse una hipótesis. En 1668, el médico italiano Francesco Redi propuso una hipótesis distinta para la aparición de las larvas en la carne. Redi había observado que los organismos aparecían en la comida unos días después de que deambulaban las moscas, así que le pareció posible que las moscas pusieran huevos demasiado pequeños para verlos a simple vista. De este modo, Redi presentaba una nueva hipótesis. El siguiente paso para él fue probar su hipótesis con el diseño experimental que se presenta en la siguiente actividad.
Aparecen Larvas Observaciones
Hipótesis
Variable Controlada
Variable Manipulada
Conclusión
No Aparecen Larvas
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BIOLOGÍA COMÚN
RAZONAMIENTO Y COMUNICACIÓN CIENTÍFICA RAZONAMIENTO CIENTÍFICO El proceso de adquirir conocimiento que los científicos utilizan puede ser agrupado en dos categorías: razonamiento deductivo y razonamiento inductivo. RAZONAMIENTO DEDUCTIVO Va desde una regla general –premisa- a una conclusión específica.
La debilidad del razonamiento inductivo es que las conclusiones generalizan todos los posibles ejemplos al formular un principio general. Esto se conoce como el salto inductivo. Sin embargo se debe ser sensible a las excepciones y también a la posibilidad de que la conclusión no sea válida.
PREMISA GENERAL Todos los tejidos están compuestos de células.
Conclusiones específicas Los tejidos musculares están compuestos de células. Los tejidos nerviosos están compuestos de células. Los tejidos epiteliales están compuestos de células.
Es importante destacar que en el razonamiento deductivo, el científico empieza con una información dada, llamada premisa, a menudo enunciada en forma de una regla absoluta, usando palabras como “todo” o “siempre”. Desde la premisa o regla general el científico deduce (infiere) una conclusión sobre un aspecto específico que proporciona la premisa. La inferencia es la interpretación que se da a un hecho o fenómeno observado, basándose en experiencias y conocimientos previos con el fin de dar una probable explicación a lo observado. RAZONAMIENTO INDUCTIVO
OBSERVACIONES ESPECÍFICAS Las células animales poseen ribosomas Las células vegetales poseen ribosomas Las células de los hongos poseen ribosomas Las células bacterianas poseen ribosomas
Conclusión General Todo tipo de célula posee ribosomas.
Va de una o varias observaciones especificas a una conclusión o principio general. En el razonamiento inductivo, un científico se dirige desde observaciones específicas a una conclusión general o principio general. El método inductivo puede ser usado para organizar nueva información dentro de categorías manejables, a través de la pregunta, ¿qué tienen en común todos estos hechos?.
NOTACIÓN CIENTÍFICA En Biología, como en muchas ciencias, las medidas se expresan en un sistema llamado notación científica y las relaciones se hacen más evidentes a través de tablas y gráficos.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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En ella las cantidades son expresadas como producto de un número decimal con un dígito distinto de cero delante de la coma decimal y una potencia de 10. Ésta última es expresada con exponentes que se escriben sobre y a la derecha del número base, el diez. El exponente indica el número de veces que el número base será utilizado como un factor de la expresión, entonces 102 es igual a 10 x 10. Por ejemplo el diámetro de un vaso sanguíneo es de 10.000 µm. y en notación científica se expresa 1 x 104 µm. Otro ejemplo la concentración de glucosa en la sangre es de 0,005 moles/litro y en notación científica se expresa 5 x 10-3 moles/litro (moles L-1).
RECUERDA QUE Para exponentes positivos cambia el signo decimal (,) hacia la derecha tantos lugares como el exponente lo indica. Para exponentes negativos cambia el signo decimal (,) hacia la izquierda tanto lugares como el exponente lo indica.
La figura presenta la relación de los tamaños de las células con la estatura humana, componentes celulares y virus. La forma y el tamaño celular se relacionan con la función de la célula. Las más voluminosas son los huevos de aves y las más pequeñas corresponden a los micoplasmas (bacterias pequeñas). La escala es logarítmica, por lo que los valores para las longitudes indicados al lado izquierdo aumentan en potencias de 10, para poder abarcar el rango de tamaños que quiere mostrar. A continuación se presenta una tabla con las unidades de longitud más comunes utilizadas por los biólogos y sus equivalencias:
EQUIVALENCIAS DE MEDIDAS 1 centímetro (cm) = 10–2 metros (m) = 1/100 m 1 milímetro (mm) =10–3 metros =1/1000 m=1/10 cm 1 micrómetro (µm) = 10–3 mm = 10–6 m=1/1000000 m=1/10000 cm 1 nanómetro (nm) = 10–3 µm = 10–9 m=1/1000000000 1metro =10 2 cm = 10 3 mm = 10 6 um = 10 9 nm
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BIOLOGÍA COMÚN
TABLAS Y GRÁFICOS Cuando se recopila información en una investigación, ésta debe ser registrada de forma muy clara, pero muchas veces este registro inicial no permite concluir con claridad por lo que es necesario reordenar la información.
Para simplificar la tabla anterior, se puede realizar la siguiente tabla resumida en la que se observa que el número de huevos encontrados en los nidos oscila entre cero y seis, así como también que el número de huevos que más se repite es 2, encontrados en 7 de los 24. Números de Huevos
Número de Nidos
0
1
1
4
2
7
3
5
4
4
5
2
6
1
En una investigación se contó el número de huevos que existía en 24 nidos diferentes y se calculó el peso, para determinar si existe o no relación entre el peso de los huevos y el número de huevos por nido. La información se observa es la siguiente tabla
Huevos/ Nido
47,6 49,7
2
2
47,4 47,0 46,2 48,5
4
3
48,5
1
4
47,1 46,9 46,6
3
5
48,3 48,3 47,7 47,1 46,9
5
6
48,1 49,3 49,5
3
7
49,0 49,9
2
8
46,0 47,3 46,6 46,9 46,7 46,8
6
9
47,5 49,0
2
10
47,6 47,5 47,3
3
11
46,9 47,0 49,0 46,7
4
12
47,1 48,8
2
13
49,3 46,9 47,1
3
14
48,6
1
15
48,3 49,7
2
16
46,2 48,8 46,1 47,1
4
17
48,0 47,6
2
18
50,4
1
19
46,8 46,2 48,6 47,3
4
20
0
21
49,2 46,6 45,8 46,2 46,3
5
22
49,9
1
23
47,5 48,9 47,7
3
24
48,6 47,6
2
Las tablas se pueden representar con distintos tipos de gráficos como por ejemplo gráfico de barra (A), de puntos continuos (B) o torta (C) . GRÁFICO A Números de Nidos
Peso (Gr.)
1
7 6 5 4 3 2 1 0
0
1
2 3 4 Huevos Fértiles
5
6
0
1
2 3 4 Huevos Fértiles
5
6
GRÁFICO B Números de Nidos
Nido
7 6 5 4 3 2 1 0
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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GRÁFICO C
3
5
1
4 0
6
5
INTERPRETACIÓN DE GRÁFICOS El estudio de la Biología implica en gran medida un aprendizaje de relaciones entre variables, por ejemplo, las radiaciones ionizantes, como los rayos X, incrementan la mutabilidad de los genes en proporción directa a la dosis de radiación. Tal relación, expresada en un gráfico es valiosa y precisa, tanto para aquél que desea comunicar un hallazgo como para el que busca información sobre el tema. Un gráfico es un diagrama que expresa la relación entre dos o más variables. En algunos casos hay una clara relación causa-efecto mientras que en otros la asociación no es directa, lo que se puede deber a un tercer factor. Las cantidades relacionadas expuestas en un gráfico son llamadas variables. El gráfico utiliza un sistema de coordenadas o ejes que representan el valor de las variables. Si la relación graficada es una de causa y efecto, la variable que expresa la causa es llamada independiente, y está representada por el eje horizontal X o abscisa. La variable que se modifica como resultado de los cambios en la variable independiente, es la variable dependiente y está representada por el eje vertical Y u ordenada. El eje X e Y se cortan en un punto de origen. Para mostrar la relación entre dos variables en un gráfico, se opera de la forma que muestra en el gráfico con la obtención de los puntos A y B.
Componentes de un gráfico. Se muestra además la forma de ubicar un punto en el gráfico (X1 e Y1 ; X2 e Y2 ).
TIPOS DE RELACIÓN A. RELACIÓN DIRECTA El valor de X aumenta y el valor de Y aumenta. Se ha graficado la relación existente entre concentración de una enzima y la velocidad de una reacción bioquímica. En muchos casos un procedimiento matemático (análisis de regresión) permite determinar, con mayor precisión, la línea para describir la relación. Ésta es llamada línea ideal.
28
BIOLOGÍA COMÚN
B. RELACIÓN INVERSA En ellas el valor de Y disminuye con el aumento de X .
TERMINOLOGÍA CIENTÍFICA Muchos términos científicos son palabras compuestas, es decir, están formadas por una o más raíces o formas de combinación de raíces con prefijos y sufijos. Por ejemplo leucocito o glóbulo blanco es una combinación de “leuco”, de la raíz que significa blanco y “cito” de la raíz que significa célula. A continuación se presenta una lista de las formas de combinación, raíces, prefijos y sufijos más utilizados en biología.
INTERPOLACIÓN Y EXTRAPOLACIÓN Si un investigador tiene la suficiente certeza de la validez de los datos obtenidos experimentalmente, puede hacer dos predicciones a partir de un gráfico: la interpolación y la extrapolación.
Interpolación se refiere a la predicción de valores que caen dentro de los puntos experimentalmente conocidos.
Extrapolación implica extender la línea ideal más allá de los datos experimentales. Es un procedimiento riesgoso dado que el investigador debe tener una buena razón para creer que la relación mantendrá la tendencia mostrada. Solo entonces la predicción podrá ser válida.
RAÍCES
SIGNIFICADO
EJEMPLO
Acro Acu Adeno Auto Bio Blast Bronc Carcin Cardio Cefalo Cine Cito Cromo Entero Eritro Esteno Fago Filia Galacto Gastr Gine Gloso Gluco Hem Hepato Hidr Histio Leuco Lip,Lipo Meningo Mio
Extremidad oír glándula por uno mismo vivo Blasto, germen, yema bronquio cáncer corazón cabeza movimiento célula color intestino rojo estrecho ingerir afinidad por leche estómago hembra, mujer lengua azúcar sangre hígado agua tejido blanco grasa membrana músculo
Acromegalia Acústica adenohipófisis autótrofo biología blastocisto broncoscopia carcinoma, carcinogénico electrocardiograma líquido cefalorraquídeo cinetocoro espermatocito cromosoma, cromoplasto enterocito eritrocito estenosis aórtica fagocitosis hidrófilo conductos galactóforos gastritis Ginecología hipogloso gluconeogénesis hematoma hepatitis hidrólisis histología leucocito lípidos meninges miocito, miocardio
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
RAÍCES
SIGNIFICADO
EJEMPLO
PREFIJOS
Morfo Nefro Neumo Neuro Oculo Odonto Oftalmo Onco Osteo Ovo Pato Soma Trombo Vaso Víscera Zoo
forma riñón pulmón, aire nervio ojo diente ojo tumor hueso óvulo enfermedad cuerpo coágulo conducto órgano animal
amorfo nefrón neumonía neuropatía oculomotor odontopediatría oftalmólogo oncología osteocito ovogénesis patologías soma neuronal trombosis vasectomía visceral protozoo
A Alb Andro Anti Bi Bili Bradi Braqui Ciano Di,Diplo Dis Ecto,Exo Endo Epi Esquizo Eu Extra Gen Hemi Hetero Hiper Hipo Homo Inter Intra Iso Macro Melan Micro Mono Neo Nict Oligo Poli Post Pro Proto Seudo Supra Taqui Terato Tetra Tri
SUFIJOS able ación algia astenia centesis cida ema Emia fobia geno grama itis lisis logía megalia oma osis oso patía penia pnea poyesis rragia rrea tomía trofia trópico uria
capaz de acción estado doloroso debilidad punción mata, destruye hinchazón relativo a la sangre miedo a agente que produce u origina registro inflamación disolver, soltar el estudio o ciencia de agrandado tumor condición lleno enfermedad déficit respirar producción secreción anormal flujo cortar relacionado con la nutrición que influye orina
viable inspiración mialgia miastenia amniocentesis bactericida edema glicemia hidrofóbica patógeno electrocardiograma otitis hemólisis ecología acromegalia linfoma necrosis adiposo neuropatía leucopenia apnea eritropoyesis hemorragia amenorrea vasectomía autotrofo adenocorticotrópica poliuria
carencia de blanco masculino contra dos bilis despacio corto azul dos doloroso fuera dentro de sobre dividido bien fuera originar mitad diferente excesivo bajo el mismo entre dentro de igual grande negro pequeño uno nuevo noche poco muchos después de antes de primero falso sobre rápido feto malformado cuatro tres
29
amembranoso albino andrógenos antiparalelas bisexuales bilirrubina bradicardia braquidactilia cianótico diploide dismenorrea exoesqueleto endomembranas epicardio esquizofrenia eucarionte extra cromosómico genotipo hemisferio heterocigoto hipertónico hipotónico homosexual intercinecis intracelular isotónico macrófagos melanocitos microscopia monocatenario neonato nictalopía oligodendrocitos polisomas post-sináptica procarionte protozoo pseudópodos suprarrenales taquicardia teratógeno tétrada trisomía
30
BIOLOGÍA COMÚN
APLICA LO QUE APRENDISTE Utilizando la raíz, y/o el prefijo, y/o el sufijo define los siguientes términos:
Acromegalia:
Glicemia:
Intracelular:
Poliuria:
Hidrofóbica :
Vasectomía:
UN CASO En la facultad de medicina se presenta el siguiente caso: hombre adulto de 35 años de aspecto cianótico, con antecedentes de cardiopatía, presenta arritmias y episodios de apnea. Utilizando las raíces, prefijos y sufijos presentados anteriormente, señale el significado de los antecedentes del caso citado.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Método científico Observación Planteamiento del problema Hipótesis Experimentación Conclusión Teoría Ley Principio Modelo Razonamiento científico Interpretación de gráficos Relación directa e inversa Interpolación y extrapolación Tablas de datos Tipos de gráficos
Sí
31
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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BIOLOGÍA COMÚN
UNIDAD 2 TEORÍA CELULAR Y NIVELES DE ORGANIZACIÓN CONCEPTOS CLAVE Teoría celular Célula Metabolismo Célula Procarionte Archeobacteria Eubacteria
Célula Eucarionte Reino Protista Reino Fungi Reino Planta Reino Animal Niveles de organización biológica
NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS La Biología es el estudio científico de la vida y se define a través de una jerarquía de organización. La vida requiere de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, tanto del universo biótico, organismos vivos, como del universo abiótico, está constituida por combinaciones de elementos químicos. En el planeta existen unos 92 elementos químicos en condición natural. Algunos de ellos nos resultan familiares, como carbono, oxígeno, calcio y hierro. Sin embargo, no todos los elementos son incorporados en iguales proporciones, lo que se verifica al observar que el carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), constituyen el 96 % del cuerpo humano.
En el nivel celular, distintos tipos de átomos y macromoléculas interaccionan y constituyen células. Sin embargo, una célula es mucho más que una agrupación de átomos y moléculas. “Es la unidad estructural y funcional básica de la vida”, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las Elementos del Cuerpo Humano Elemento (símbolo)
% Masa
O
65
C
18
H
10
N
3
Ca
1,5
P
1,2
K
0,2
S
0,2
CI
0,2
Na
0,1
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
En los organismos pluricelulares, las células forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas órganos. Un conjunto de órganos coordinadamente cumple funciones biológicas integrándose como un sistema de órganos. Los aparatos o sistemas de órganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular. Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma área y en el mismo tiempo, constituyen una población. Las distintas poblaciones de organismos que interactúan en una misma área estructuran una comunidad biótica o biocenosis. El ecosistema es el nivel en que la comunidad o biocenosis se relaciona con el ambiente físico o abiótico llamado biotopo. Todos los ecosistemas equivalentes conforman un bioma, por ejemplo, el desierto de Atacama, el desierto del Sahara, el desierto de Gobi, forman el bioma desierto.
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RESPONDA 1. Una población está constituida por
2. La unidad estructural y funcional básica de la vida es la
3. La biocenosis al relacionarse con el
forman el
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Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores. Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos - hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula tiene propiedades diferentes de las moléculas que la forman, y un organismo multicelular tiene propiedades nuevas y diferentes de las células que lo constituyen. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida.
COMPLETE a. Las siguientes imágenes representan distintos niveles de organización biológica. Indica en la línea de puntos a cuál corresponde cada una de ellas y luego ordena la secuencia correcta desde el nivel de menor complejidad al de mayor complejidad, asignando números del 1 al 5 en el paréntesis. DESARROLLE
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
DESARROLLE El siguiente esquema representa tres niveles de organización biológica. Si en el nivel H emerge la vida. G corresponde al nivel de organización
F corresponde al nivel de organización
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Finalmente, un botánico Schleiden (1804-1881) y un zoólogo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en plantas y animales respectivamente y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular. Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Rudolph Virchow (1821-1902) formuló la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula.
Matthias Jakob Schleiden
TEORÍA CELULAR La célula fue descrita por Robert Hooke en el año 1665 al estudiar en el microscopio finas laminas de corcho. Estas estaban constituidas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, que parecían “celdillas” de panales de las abejas, y por ello, las denominó células. Con el tiempo y el perfeccionamiento del microscopio, se fue observando que las células estaban presentes en muchos tejidos de plantas y animales, reconociendo en su interior una masa viscosa denominada protoplasma o citoplasma y a un gránulo más o menos voluminoso, generalmente central, llamado núcleo.
Friedrich Theodor Schwann
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En esos tiempos, la teoría celular se enfrentó con la Teoría Vitalista, según la cual la fuerza vital era una más de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza eléctrica. Según esta teoría, los organismos formados por materia inerte poseen un principio etéreo llamado principio vital, pero con el desarrollo de la Biología se observó que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la acción conjunta y coordinada de los numerosos elementos celulares que constituyen el organismo y no por esta fuerza comentada anteriormente. De esta manera se explica la génesis celular, la actividad nerviosa, el metabolismo celular, entre otros.
LA CÉLULA COMO UNIDAD DE HERENCIA. Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula descendiente.
August Weismann (1834 – 1914), en 1880 postula que todas las células actuales tienen antecesores o una línea germinal que establece una continuidad en el tiempo, que no se interrumpe a través de las generaciones. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece a:
LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL. Todos los organismos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. LA CÉLULA COMO UNIDAD FUNCIONAL. La mayoría de las reacciones químicas en un organismo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones de biosíntesis tienen lugar dentro de las células. LA CÉLULA COMO UNIDAD DE ORIGEN. Toda célula procede de la división de otra anterior.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Todos los organismos comparten propiedades y/o características comunes, tales como: Membrana plasmática, que delimita al citoplasma y cuya función principal es regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles (mecanismo de permeabilidad selectiva). Centro de almacenamiento de la información genética (ADN) y control de los procesos vitales.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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Procesos metabólicos que le permite realizar las transformaciones químicas que hacen posible los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción.
Reinos del Dominio Eukarya Reino
Características Básicas
¿CÓMO SE CLASIFICAN LOS SERES VIVOS?
Planta
Todos los organismos de este reino son multicelulares y autótrofos. Realizan fotosíntesis, y para ello poseen cloroplastos. Se distinguen además por poseer pared celular y una gran vacuola central. Ejemplos, musgos, roble.
Animal
Todos los organismos de este reino son multicelulares y son heterótrofos. Poseen centriolos, carecen de pared celular y de una gran vacuola central. Ejemplos, gusanos, insectos y aves.
Protista
Presenta organismos uni y pluricelulares, y en ellos se distinguen: Protozoos: Organismos unicelulares heterótrofos como el paramecio y la ameba. Protofito o Algas : Organismos unicelulares y pluricelulares autótrofos, realizan la fotosíntesis como el cochayuyo (pluricelular), y diatomea (unicelular).
Fungi
Presenta organismos unicelulares como las levaduras y pluricelulares como los champiñones. Son heterótrofos.
Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios Archaebacteria, Eubacteria y Eukarya. Tanto las Archaebacterias como las Eubacterias o bacterias propiamente tales son organismos procariontes, es decir, carentes de estructuras endomembranosas y más simples en su constitución.
Resumen
Las Archaebacterias son organismos que prosperan en condiciones extremas. Soportan temperaturas superiores a 100º C o inferiores de 0º C, concentraciones salinas muy altas o pH extremos. Las Eubacterias o simplemente bacterias son aquellas que reconocemos como las que causan enfermedades, las descomponedoras o las que se ocupan en procesos industriales, como por ejemplo, la fabricación del queso o yogurt.
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AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Teoría celular Célula Metabolismo Célula Procarionte Archeobacteria Eubacteria Célula Eucarionte Reino Protista Reino Fungi Reino Planta Reino Animal Niveles de organización biológica
Sí
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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UNIDAD 3 BIOMOLÉCULAS CONCEPTOS CLAVE
MOLÉCULAS EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Al analizar la composición de una célula procariota, como por ejemplo la bacteria intestinal Escherichia coli, se encuentra que el componente principal es agua y que después de ésta se encuentran grandes cantidades de macromoléculas, cantidades menores de monómeros precursores de las macromoléculas y varios iones inorgánicos. De hecho, el 96% del peso seco de una célula es debido a las macromoléculas y, dentro de éstas, las proteínas son las más abundantes. Las proteínas son polímeros cuyos monómeros son los aminoácidos. Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos encontrándose en la célula dos tipos, ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Después de las proteínas, el ARN es el tipo de macromolécula más abundante en una célula procariota en crecimiento. Los ácidos grasos son los principales constituyentes de los lípidos. Éstos tienen propiedades hidrofóbicas y funciones importantes en la estructura de las membranas y como depósitos de almacenamiento de carbonos reducidos. Los polisacáridos son polímeros compuestos por azúcares. No obstante, como en caso de los lípidos, existen polisacáridos como el glucógeno que pueden ser formas de almacenamiento de carbono y energía dentro de las células.
Ácidos grasos Molécula anfipática Triglicéridos Fosfolípidos Bicapa lipídica Esteroides Nucleótidos Polimerización de nucleótidos ADN Cromatina Replicación de ADN ARN
Propiedades del agua Puente de hidrógeno Sales minerales Carbohidratos Enlace glucosídico Proteínas Aminoácidos Enlace peptídico Enzimas Acción enzimática Factores que afectan la acción enzimática Inhibición enzimática
Tabla1. Comparación de dos tipos de células. La tabla muestra la composición química aproximada (en porcentaje) de una bacteria y de una célula de mamífero. E.Coli Célula de Bacteria Mamífero
Componente H2O Iones inorgánicos (Na , K , Mg , Ca , Cl , etc.) +
+
2+
2+
-
70
70
1
1
Algunos metabolitos pequeños
3
3
Proteínas
15
18
ARN
6
1,1
ADN
1
0,25
Fosfolípidos
2
3
Otros lípidos
-
2
Polisacáridos
2
2
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PROPIEDADES DEL AGUA Presenta geometría angular con carga parcial positiva (δ+) en los hidrógenos y carga parcial negativa (δ- ) en el oxígeno. Esta molécula es polar debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos de oxígeno y de hidrógeno. Como consecuencia la molécula constituye un dipolo eléctrico. Esta polaridad provoca la atracción electrostática entre las moléculas de agua formándose los Puentes de Hidrógeno. La molécula de agua es el compuesto inorgánico más abundante en los organismos, de un 65% a un 95% de su masa. Este porcentaje varía dependiendo del metabolismo del organismo. El desarrollo y la mantención de la vida está en directa relación a la presencia de la molécula de agua y a sus atípicas características físico-químicas que se presentan a continuación en la Tabla 2.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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Tabla 2. Propiedades físico-químicas del agua y sus funciones en los seres vivos Propiedad
Descripción
Ejemplo de beneficio para el cuerpo
Las moléculas polares de agua interaccionan con otros compuestos polares determinando la generación de sus iones, es decir, permite la disociación de compuestos polares.
Pueden disolverse muchos tipos de sustancias, permitiendo gran variedad de reacciones químicas y el transporte de éstas, como por ejemplo, disolver moléculas polares como el NaCl. El agua es el compuesto inorgánico más abundante del plasma sanguíneo.
El agua puede absorber gran cantidad de calor mientras que su temperatura solo asciende ligeramente.
Esto la convierte en un buen aislante térmico que mantiene la temperatura interna de los organismos a pesar de las variaciones externas. La temperatura corporal permanece relativamente constante.
El agua tiene la propiedad de absorber mucho calor cuando cambia del estado líquido al gaseoso, por tanto, para que una molécula se “escape” de las adyacentes, han de romperse las uniones entre ellas y, para romper los puentes de hidrógeno, se necesita una gran cantidad de energía.
La evaporación del agua por la sudoración enfría el cuerpo. Esta propiedad es utilizada como mecanismo de regulación térmica.
FUERTE POLARIDAD
ELEVADO CALOR ESPECÍFICO
ALTO CALOR DE VAPORIZACIÓN
FUERZA DE COHESIÓN
La cohesión es la tendencia de las moléculas de agua a estar unidas entre sí , esta característica la hace un líquido prácticamente incompresible. Las moléculas de H2O interaccionan entre sí por puentes de hidrógeno. De estas interacciones emerge la tensión superficial del agua.
El agua actúa como lubricante o almohadón para proteger frente a las lesiones por fricción o traumatismo. Ejemplos: El agua presente en las articulaciones y en el líquido cefalorraquídeo.
ESTADOS DEL AGUA El agua, al descender la temperatura, a partir de los 4 ºC, empieza a aumentar su volumen y a disminuir su densidad.
Las capas de hielo en lagos y mares se mantienen en la superficie, lo cual aísla al medio acuático de las bajas temperaturas permitiendo el desarrollo de una diversidad de seres vivos.
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SALES MINERALES
Tabla 4. Algunos minerales esenciales en la nutrición humana. Funciones
En los sistemas biológicos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente de tres modos diferentes.
Calcio
Constituyente de huesos y dientes. Participa en la transmisión del impulso nervios y la contracción muscular. Factor de coagulación y cofactor enzimático.
Fósforo
Constituyente de huesos, dientes, ATP, intermediarios metabólicos fosforilados y ácidos nucleicos. Forman parte de los fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares.
Sodio
Catión principal del medio extracelular. Regula volemia, balance ácido/base, función nerviosa y muscular, bomba Na+/K+- ATPasa.
Potasio
Catión principal del medio intracelular, función nerviosa y muscular, bomba Na+/K+ - ATPasa.
Cloro
Balance de electrolitos, constituyente del jugo gástrico.
Magnesio
Catión importante del líquido intracelular, esencial para la actividad de numerosas enzimas, para la transmisión neuronal y la excitabilidad muscular. Actúa como cofactor de todas las enzimas involucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizan ATP. Constituyente de la molécula de clorofila.
Azufre
Se encuentra en dos de los 20 aminoácidos que constituyen a las proteínas, cisteína y metionina.
Yodo
Constituyente de hormonas tiroideas (tiroxina), hormonas que intervienen en el metabolismo a nivel celular y sistémicos.
Flúor
Incrementa dureza de huesos y dientes.
Hierro
Presente en la hemoglobina para el transporte de oxígeno y dióxido de carbono.
Tabla 3. Sales disueltas, precipitadas y combinadas. Descripción
Ejemplo de beneficio para el cuerpo
DISUELTAS
Una gran cantidad de sales minerales se encuentran disueltas y disociadas en medios acuosos, formando electrolitos. Tal es el caso del sodio (Na+), potasio (K+), calcio (Ca2+), cloruro (Cl‒), bicarbonato (HCO3 -) y fosfato (PO3-), iones que participan en diversas reacciones químicas. Por ejemplo, regulación de la acidez (pH) y formación de potenciales eléctricos. Además, es muy importante considerar que los iones sodio Na+, cloruro Cl‒, mantienen el equilibrio hidrosalino.
PRECIPITADAS
COMBINADAS
MACRO MINERALES
Otras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras sólidas y rígidas. Tal es el caso del fosfato cálcico, Ca3 (PO4)2, que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos.
Algunos iones inorgánicos, se encuentran formando parte de moléculas orgánicas, como es el caso del hierro (Fe2+) en la molécula de hemoglobina y el magnesio (Mg2+) en la clorofila. También algunos iones se asocian a enzimas actuando como cofactores enzimáticos.
MICRO MINERALES
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
BIOQUÍMICA DE CARBOHIDRATOS Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos son dulces, ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados. Se clasifican según su complejidad en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son los carbohidratos más simples desde los cuales se construyen carbohidratos más complejos. Los disacáridos consisten en 2 monosacáridos unidos por un enlace covalente y finalmente los polisacáridos están construidos por numerosas cantidades de monosacáridos constituyendo macromoléculas de carbohidratos.
El “azúcar de mesa” está compuesta por el disacárido sacarosa.
Los carbohidratos obtienen su nombre literalmente de su estructura {carbo-} con agua {hydro-}. La fórmula general para los carbohidratos es (CH2O)n o CnH2nOn , mostrando que por cada carbono hay dos hidrógenos y un oxígeno. Los carbohidratos se pueden dividir en tres categorías: monosacáridos, disacáridos y polímeros de monosacáridos.
El 90% del algodón esta compuesto por la macromolécula llamada celulosa.
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CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
La unión de los monosacáridos forman disacáridos y polisacáridos. Los enlaces formados se les denominan glucosídicos y solo se pueden romper mediante acción de enzimas. Cuando se unen dos monosacáridos a través de un enlace glucosídico se libera una molécula de agua, proceso llamado síntesis por deshidratación. La hidrólisis es el proceso inverso en el cual se requiere de una molécula de agua por cada enlace que se requiere romper. En general los monosacáridos son utilizados como fuente energética de uso inmediato y como fuente de carbono para la formación de otros tipos de moléculas orgánicas como los aminoácidos y ácidos grasos. Los monosacáridos que no se utilizan inmediatamente de esta forma por lo general formar disacáridos y polisacáridos. Estos últimos están formados por cientos a miles de monosacáridos y sirven como material de almacenamiento, que se hidroliza cuando es necesario proporcionar azúcar para las células y otros sirve como material estructural.
HIDRÓLISIS DE DOS DISACÁRIDOS. A) MALTOSA Y B) SACAROSA
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El almidón es un ejemplo de un polisacárido de almacenamiento en vegetales
La celulosa es un polisacárido estructural presente en la pared de la célula vegetal.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
BIOQUÍMICA DE PROTEÍNAS Las proteínas son los principales componentes orgánicos de los seres vivos y son responsables de una gran cantidad de funciones. Son macromoléculas constituidas por C, H, O, N y en algunos casos poseen también átomos de azufre (S). Todas están formadas por la misma estructura básica, aminoácidos, los cuales se unen por enlaces covalentes formando las proteínas (polímeros). Los aminoácidos son las unidades básicas que estructuran las proteínas, por lo tanto, son sus monómeros. Están formados por un grupo amino (-NH2), y un grupo carboxilo (-COOH). Ambos grupos están unidos a un mismo carbono.
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Las proteínas están formadas por 20 aminoácidos. El cuerpo humano puede sintetizar la mayoría de ellos, pero en diferentes etapas de la vida algunos aminoácidos deben obtenerse de la dieta y por lo tanto se consideran aminoácidos esenciales.
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ESPECIFICIDAD Se refiere a que cada una de las especies de seres vivos es capaz de fabricar sus propias proteínas (diferentes de las de otras especies) y, aún, dentro de una misma especie hay diferencias proteínas entre los distintos individuos. Esto no ocurre con los glúcidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos. Esta enorme diversidad proteica es consecuencia de las múltiples combinaciones entre los aminoácidos, lo cual está determinado por el ADN de cada individuo. La especificidad de las proteínas explica algunos fenómenos biológicos como: la compatibilidad o no de trasplantes de órganos, sueros sanguíneos o los procesos alérgicos. DESNATURALIZACIÓN O DENATURACIÓN Ocurre cuando la proteína experimenta un cambio estructural y así su característico plegamiento, perdiendo de este modo su optimo funcionamiento. Este fenómeno se produce al someter a las proteínas a condiciones ambientales distintas a las que naturalmente tiene como por ejemplo, cambios de temperatura, valores extremos de pH, entre otros.
Proteína Normal
PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS Sus propiedades físico-químicas dependen de su composición aminoacídica y de su conformación. Las propiedades comunes a todas las proteínas son dos: la especificidad y la desnaturalización.
Proteína Desnaturalizada
FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas son los componentes orgánicos más abundantes a nivel celular. Dirigen prácticamente la totalidad de los procesos vitales, incluso aquellos destinados a la producción de ellas mismas. Sus funciones se relacionan con sus múltiples propiedades, que son el resultado de la composición de aminoácidos, de la secuencia y del modo en que la cadena se pliega en el espacio.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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Tabla 5. Funciones proteicas. Función
Ejemplo
Estructural
Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas y participan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Las proteínas del citoesqueleto, de las fibras del huso, de los cilios y flagelos. Proteínas que confieren resistencia y elasticidad a los tejidos, como el colágeno del tejido conjuntivo fibroso, la elastina del tejido conjuntivo elástico y la queratina de la epidermis.
Hormonal
La insulina y el glucagón (que regulan la glicemia), la hormona del crecimiento y la calcitonina (que regula la calcemia).
Defensiva
La trombina y el fibrinógeno participan en la formación de coágulos, y por ende evitan las hemorragias. Los anticuerpos utilizados por el sistema inmune para atacar a los patógenos.
Transporte
La hemoglobina transporta O2, en vertebrados y la mioglobina, en el interior de la célula muscular. Las lipoproteínas transportan lípidos en la sangre y las proteínas transportadoras de la membrana plasmática regulan el paso de solutos y agua a través de ella.
Reserva
La Ovoalbúmina del huevo y la gliadina del grano de trigo, entre otras son las reservas de aminoácidos utilizadas en el desarrollo del embrión.
Contráctil
La actina y la miosina son parte del músculo, responsables de la contracción muscular.
Enzimática
Las enzimas son catalizadores de las reacciones químicas dentro de las células, es decir, aceleran la velocidad de las mismas. Son numerosas y altamente específicas.
DESARROLLE 1. Anote frente a la proteína del cuadro la función que ésta cumple. Proteína Queratina
Insulina
Anticuerpo
Actina
Enzima
Función
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ENZIMAS Las enzimas son proteínas que actúan como biocatalizadores, es decir, aceleran las reacciones químicas en la célula. Esta aceleración se debe a la capacidad que tienen las enzimas de disminuir la energía de activación (energía que se requiere para que se inicie una reacción química). De esta manera las enzimas permiten que una reacción ocurra en un breve lapso de tiempo. La energía de activación (Ea) representa la energía mínima necesaria que deben alcanzar los reactantes (sustratos) para su transformación en productos. Las enzimas son proteínas globulares cuyo modo de plegamiento asegura que grupos particulares de aminoácidos formen un sitio activo. Las moléculas reactantes (sustrato) se ajustan con precisión al sitio activo. Aunque la conformación de una enzima puede cambiar temporalmente en el transcurso de la reacción, no se altera permanentemente por lo que son reutilizables. Muchas de ellas requieren de cofactores que pueden ser iones simples o moléculas orgánicas no proteicas llamadas coenzimas. También actúan en pequeñas cantidades y son altamente específicas ya que actúan sobre un determinado sustrato y a nivel celular son sintetizadas por ribosomas libres o adheridos a membranas.
MODELOS DE ACCIÓN ENZIMÁTICA El primer modelo sugerido para explicar la interacción enzima-sustrato fue propuesto por el químico Emil Fisher, denominado modelo llave-cerradura, que supone que la estructura del sustrato y la del sitio activo son exactamente complementarias, de la misma forma que una llave encaja en una cerradura. Estudios posteriores sugirieron que el sitio activo es mucho más flexible que una cerradura.
La interacción física entre las moléculas de enzima y sustrato produce un cambio en la geometría del sitio activo, mediante la distorsión de las superficies moleculares. Este modelo llamado encaje inducido impondría cierta tensión a las moléculas reaccionantes, facilitando aún más la reacción.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Las reacciones catalizadas por enzimas están bajo un estricto control celular. Muchas enzimas son sintetizadas por las células o activadas solo cuando son necesarias. Los principales factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas son el pH, la temperatura y las concentraciones de sustrato. Las enzimas actúan dentro de límites estrechos de pH. Por ejemplo, la pepsina tiene un pH óptimo de 2. Al graficar su actividad enzimática para valores crecientes de pH, comenzando desde la zona ácida, se obtiene una curva en forma de campana. El máximo de la curva corresponde al pH óptimo en el cual la enzima tiene su máxima actividad. En medios muy ácidos o muy alcalinos, la enzima se desnaturaliza y se inactiva. Otras enzimas en cambio tienen una actividad óptima a pH alcalino como la tripsina.
A bajas temperaturas, las reacciones disminuyen mucho o se detienen porque decrece la cinética molecular, pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima. La velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta, por lo general, con la temperatura, dentro del intervalo en que la enzima es estable y activa. La actividad enzimática máxima se alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad decrece y finalmente cesa por completo a causa de la desnaturalización progresiva de la enzima por acción de la temperatura.
La velocidad de la reacción también puede variar de acuerdo a la concentración del sustrato. Al aumentar la concentración de sustrato, la actividad enzimática aumenta, hasta alcanzar la velocidad máxima, punto donde la enzima se satura, debido a que las enzimas tienen todos sus sitios activos ocupados.
Una forma precisa de control enzimático es la interacción alostérica, la que ocurre cuando una enzima se ve afectada por la unión de una molécula reguladora o efectora en un sitio distinto del sitio activo (sitio alostérico), lo cual puede resultar en la inhibición o estimulación de una enzima. La regulación alostérica juega un papel crucial en muchos procesos biológicos fundamentales, entre los que se incluyen la señalización celular y la regulación del metabolismo.
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BIOLOGÍA COMÚN
A continuación se revisará el tipo de regulación alostérica denominada inhibición por el producto final. En una vía metabólica se observa una secuencia de reacciones, cada una de ellas catalizada por una enzima particular. La primera reacción se denomina “paso obligado”, porque una vez que ocurre, necesariamente seguirán el resto de reacciones de la vía hasta culminar con el producto final.
Este “paso obligado” está catalizado por una enzima alostérica. Si la célula tiene suficiente de este producto, ¿cómo frena esta vía? Cuando el producto final está en altas concentraciones actúa como un efector alostérico, inhibiendo temporalmente la actividad enzimática del “paso obligado”, inactivando la vía metabólica.
A la totalidad de reacciones bioquímicas de un organismo se le denomina metabolismo, el cual consiste en secuencias de reacciones químicas catalizadas por enzimas llamadas vías metabólicas. En estas secuencias, el producto de una reacción química es el sustrato de la siguiente reacción y así sucesivamente. Las vías metabólicas son de dos tipos anabólicas y catabólicas. En las primeras se sintetizan moléculas básicas que hacen posible
construir macromoléculas y son reacciones del tipo endergónicas (consumen energía). En las segundas se rompen moléculas que permiten obtener energía libre utilizable y son reacciones exergónicas (liberan energía). Las células y el organismo, deben regular todas sus vías metabólicas constantemente, esto por la gran necesidad de mantener estables sus condiciones internas, es decir, su homeostasis.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Algunas sustancias químicas inhiben la actividad de muchas enzimas. Esta inhibición puede ser reversible o irreversible. La inhibición reversible puede ser de dos tipos: competitiva y no competitiva.
En cambio en la inhibición no competitiva el inhibidor se une a un sitio distinto del sitio activo de la enzima. No compite por el sitio activo, lo que provoca un cambio en la conformación de la enzima que modifica el sitio activo.
Cuando el inhibidor tiene una conformación espacial similar a la del sustrato y compite por el sitio activo de la enzima se denomina inhibición competitiva. La unión del inhibidor competitivo a la enzima puede ser revertida al aumentar la concentración del sustrato ya que la enzima siempre tiene más afinidad por el sustrato. Por ejemplo, el metotrexato, es un análogo estructural del ácido fólico que actúa inhibiendo competitivamente a la enzima dihidrofolato reductasa, la cual participa en la síntesis de ácidos nucleicos, reparación y replicación celular, razón por la cual se utiliza como fármaco para el tratamiento del cáncer.
Al igual que en la inhibición competitiva, la enzima se libera del inhibidor y por ello es reversible. Por ejemplo la la Nevirapina es medicamento utilizado en terapias de VIH. Es un inhibidor de la transcriptasa inversa; enzima necesaria para la conversión de ARN vírico en ADN provírico, que luego se incorpora en el ADN de la célula hospedadora, proceso crucial en la infección del VIH. Este compuesto se une a una zona hidrófoba de la enzima que se sitúa lejos de su sitio activo provocando un cambio en la conformación de la estructura tridimensional de la enzima. De esta manera el uso de este fármaco reduce considerablemente la infección por VIH.
En la inhibición irreversible los inhibidores se unen permanentemente al sitio activo o desorganizan irreparablemente la estructura de la enzima. Por ejemplo el Cianuro inhibe a la enzima citocromo C-oxidasa, por ende
bloquea la cadena transportadora de electrones, sistema central de la respiración celular. El ácido acetilsalicílico (aspirina) inhibe a la enzima que cataliza la síntesis de prostaglandinas; sustancias mediadoras del dolor.
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BIOQUÍMICA DE LÍPIDOS Los lípidos constituyen una familia bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por C, H y baja proporción de O. Casi lo único que tienen en común es su gran insolubilidad en agua (hidrofóbicas). No hay unidad básica o monómero. Se clasifican en dos grandes grupos: los que poseen ácidos grasos (glicéridos y fosfolípidos) y los que no poseen ácidos grasos (esteroides y terpenos). Los glicéridos se clasifican según su estado físico, en aceites y grasas. Los aceites son líquidos a temperatura ambiente, porque los ácidos grasos que lo componen son insaturados (con enlaces dobles) y de cadena corta. Mientras mas instauraciones tenga el acido graso mas bajo es su punto fusión por ende son líquidos a temperatura ambiente. Principalmente son de origen vegetal. En cambio las grasas son sólidas a temperatura ambiente, porque los ácidos grasos son saturados y de cadena larga (cuanto mas saturado es el acido graso mas baja es su temperatura de fusión. Son de origen animal. Los glicéridos tienen importancia biológica debido a constituir la principal reserva energética ya que contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y en consecuencia contienen más energía química. En promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.
Formación de Triglicéridos
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También, en algunos tipos de organismos, actúan como excelentes aislantes térmicos contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa) está particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos. Pueden participar como agentes amortiguadores, por ejemplo, cuando grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos, como a los riñones de los mamíferos. Los fosfolípidos corresponden a los principales lípidos de las membranas celulares. Básicamente están compuestos por un glicerol un grupo fosfato y dos ácidos grasos . Son moléculas anfipáticas, es decir, poseen una parte polar o hidrofílica y otra apolar o hidrofóbica. Esta naturaleza química les permite en medios acuosos adoptar diferentes formas por ejemplo en una superficie de agua pueden generar películas o monocapas, al sumergirse forman micelas y en el caso de las células forman bicapas quedando sus cabezas hidrofílicas expuestas al agua y sus colas hidrofóbicas apuntando hacia adentro, protegidas del agua, lo que constituye la base estructural de las membranas celulares. Otros ejemplos de lípidos de membrana que poseen ácidos grasos es la esfingomielina la que está presente en las neuronas y los glicolípidos que forman parte del glucocálix.
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Otros tipos de lípidos son los que no poseen ácidos grasos en su estructura. Entre ellos se encuentran los eicosanoides como las prostaglandinas, los esteroides como el colesterol y los terpenos como la vitamina A.
Micela
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NUCLEOTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS Están formados por C, H, O, N y P. Son moléculas ácidas y actúan como depositarios y transmisores de la información genética de cada célula, tejido y organismo. Gran parte del desarrollo físico de un organismo a lo largo de su vida está programado en estas moléculas. Las proteínas que elaborarán sus células y las funciones que realizarán, están registradas en estos “disco duros” moleculares.
Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Cada uno de ellos está formado por la unión de monómeros (nucleótidos) similares, formando así una cadena polimérica. Todos los seres vivos contienen ambos tipos de ácidos nucleicos. Los nucleótidos son biomoléculas que juegan un papel importante en la transferencia de energía e información. Los nucleótidos individuales incluyen los compuestos de
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MOLÉCULAS DE NUCLEÓTIDOS INDIVIDUALES
Los ácidos nucleicos (polímeros de nucleótidos) tienen como función el almacenamiento y la transmisión de la información. El azúcar de un nucleótido se une al fosfato del siguiente, creando una cadena de grupos alternados de azúcarfosfato. Las cadenas de azúcar-fosfato, son las mismas para cada molécula de ácido nucleico.
El ARN es un ácido nucleico de una sola cadena (monocatenario) con ribosa como azúcar, y cuatro bases: adenina. guanina. citosina y uracilo.
Cadena de nucleótidos. El extremo del polímero que tiene un azúcar sin unir se llama el extremo 3’. El extremo delpolímero con el fosfato libre se denomina extremo 5’.
Orientación antiparalela: el extremo 3’ de la hebra 1 está unido al extremo 5’ de la hebra 2.
El ADN es una doble hélice (bicatenaria),una estructura tridimensional que se forma cuando dos cadenas de ADN se unen a través de puentes de hidrógeno a traves de pares de bases complementarias. La desoxirribosa es el azúcar, y las cuatro bases son adenina, guanina, citosina y timina.
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Apareamiento de bases Las bases de una hebra forman puentes de hidrógeno con bases de la hebra complementaria. Esta unión sigue reglas muy específicas: • Las purinas son más grandes que las pirimidinas. Esta limitación espacial conlleva apareamiento entre una purina y una pirimidina. • La guanina (G) forma tres puentes de hidrógeno con la citosina (C) • La adenina (A) forma dos puentes de hidrógeno con timina (T) o uracilo (U).
Apareamiento entre guanina-citosina
Apareamiento entre adenina-timina
Se requiere más energía para romper la interacción con tres puentes de hidrógeno entre G·C que con dos como es el caso de A-T y A-U
Los ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico) son polímeros de nucleótidos cuya hidrólisis genera los siguientes componentes tal como se indica en la siguiente tabla: Tabla 6. Paralelo entre el ADN y ARN. Variables
ADN
ARN
Desoxirribosa
Ribosa
Purinas (dos anillos)
Adenina, guanina
Adenina, guanina
Pirimídicas (un anillo)
Citosina, timina
Citosina, uracilo
H2PO4
H2PO4
PENTOSA HORMONAL DEFENSIVA ÁCIDO FOSFÓRICO
ADN (ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO) El ADN es el material genético que los organismos heredan. En él están los genes, porciones específicas de la macromolécula de ADN, que programan las secuencias de aminoácidos y que corresponde a la estructura primaria de las proteínas. De este modo, y a través de las acciones de las proteínas, el ADN controla la vida de la célula y del organismo. El orden y disposición de sus bases nitrogenadas constituyen el medio por el cual la información es codificada y transmitida a la descendencia.
El ADN es una macromolécula compuesta de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central imaginario formando una doble hélice, capaz de auto replicarse y dirigir la síntesis de ARN. Dentro de cada cadena de ADN, el grupo fosfato de un nucleótido se enlaza con el azúcar (pentosa) del siguiente nucleótido de la cadena. Esta modalidad de enlazamiento produce un “esqueleto” de azúcares y fosfatos alternados unidos por enlaces covalentes. Así, las bases nitrogenadas conforman los “peldaños” de esta escalera de caracol.
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Estas dos hebras de ADN se mantienen unidas mediante puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina (de mayor tamaño) y una pirimidina (de menor tamaño) siendo complementarias entre sí. De esta forma ambas cadenas están siempre equidistantes una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposición helicoidal. En cada extremo de la doble hélice, una cadena de ADN termina en un fosfato libre y la otra en un azúcar libre, por lo tanto, se dice que están orientadas en sentidos opuestos. La adenina forma dos puentes de hidrógeno con la timina y la guanina forma tres puentes de hidrógeno con la citosina.
RESPONDA Se realizó un experimento y se estableció el porcentaje de bases nitrogenadas en cuatro especies distintas, tal como se muestra en la siguiente tabla. Complete los porcentajes en blanco de la tabla.
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El ADN debe duplicarse en cada ciclo celular para que cada célula hija mantenga la misma cantidad y cualidad de información que la célula madre. Esta replicación es semiconservativa, ya que durante la duplicación, cada una de las hebras de la doble hélice sirve de molde para la síntesis de una nueva. Al final de este proceso, las dos nuevas cadenas de ADN tiene una cadena o hebra nueva y la que le sirvió de molde. El proceso es complejo y en él intervienen una serie de enzimas.
ARN (ÁCIDO RIBONUCLEICO) Existen tres tipos principales de ARN en las células eucariontas y procarionticas. Todos ellos son sintetizados a partir del ADN por un proceso llamado transcripción. Cada tipo de ARN desarrolla una función característica relacionada con la síntesis proteica.
% A
T
C
ESPECIE M
20
30
ESPECIE N
10
ESPECIE O ESPECIE P
G
25 40
REPLICACIÓN DEL ADN Una vez que se comprobó que el ADN era el material hereditario y se descifró su estructura, lo que quedaba era determinar cómo el ADN copiaba su información y cómo la misma se expresaba en el fenotipo. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl diseñaron el experimento que permitió determinar el método de la replicación del ADN.
El ARN es un polirribonucleótido formado fundamentalmente por los ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo (en vez de la timina del ADN). La pentosa es la ribosa. Los ARN suelen ser monocatenarios y pueden presentar regiones de apareamiento intracatenarias.
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En resumen, los ácidos nucleicos son biomoléculas encargadas de mantener y expresar la información genética. Esto quiere decir que a partir de sus estructura y secuencia de bases nitrogenadas se decide que proteínas sintetizar y en que momento llevarlo a cabo. El mal funcionamiento de los ácidos nucleicos puede traer como consecuencia una mutación o la formación de una proteínas anómalas. Y como, las proteínas tienen múltiples funciones, tales como, hormonal, enzimática, de reserva, contráctil, inmunológica, si hay una alteración del material genético o de los procesos que permiten la síntesis de ácidos nucleicos se pueden perder funciones específicas de las proteínas que tenemos codificadas en nuestro material genético. El proceso que permite la síntesis de nuevo ADN se denomina replicación. La síntesis de nuevos ARNs, ya sean mensajeros, ribosomales o de transferencia se denomina transcripción. El proceso por el cual se sintetizan proteínas a partir de la acción conjunta de estos tres ARNs se denomina traducción.
2. La siguiente imagen representa un segmento de una molécula ADN.
Considerando el segmento de ADN, complete: a) La base nitrogenada señalada con la letra R es
b) La base K es Y la base H es c) El esquema representa un segmento de ADN. Si consideráramos la molécula ADN completa: ¿Es igual el número de bases púricas y pirimídicas?
DESARROLLE 1. Complete en el cuadro las diferencias entre ADN y ARN según las variables señaladas. ADN Nº de hebras Pentosa presente Bases nitrogenadas presentes Función
ARN
d) ¿Necesariamente habrá un 50% de bases enlazadas por dos puentes de hidrógeno y
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AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Propiedades del agua Puente de hidrógeno Sales minerales Carbohidratos Enlace glucosídico Proteínas Aminoácidos Enlace peptídico Enzimas Acción enzimática Factores que afectan la acción enzimática Inhibición enzimática Ácidos grasos Triglicéridos Bicapa lipídica Esteroides Nucleótidos Polimerización de nucleótidos ADN Cromatina Replicación de ADN ARN
Sí
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No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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UNIDAD 4 CÉLULA PROCARIONTE Y EUCARIONTE INTRODUCCIÓN Aplicando la Teoría Celular, sabemos que todos los organismos están constituidos por células, además, los organismos pueden estar formados de una o más células. Las células se clasifican atendiendo al grado de complejidad que presentan en su estructura. De este modo se distinguen
CONCEPTOS CLAVE Célula procarionte Estructuras procariontes Célula eucarionte Organelos Pared celular Membrana celular Transporte celular pasivo
Difusión Osmosis Difusión facilitada Transporte celular activo Endocitosis Exocitosis
• Célula procariota. Son todas aquellas cuyo material genético no se encuentra protegido por una membrana y el citoplasma presenta un mínimo grado de compartimentalización. Es el tipo celular más sencillo. • Célula eucariota. Son todas aquellas cuyo material genético se encuentra en el interior de una estructura, el núcleo, protegido por una membrana. El citoplasma presenta el mayor grado de compartimentalización. Es el tipo celular más complejo. Según el número de ellas que presenten pueden ser de dos tipos: • Organismos unicelulares que son aquellos que están formados por una sola célula. La célula realiza todas las funciones vitales. Pueden ser procariotas o eucariotas. Ejemplo de este tipo de organismos son las bacterias, las algas cianofíceas, los protozoos y muchas algas eucariotas. A veces viven en grupos estables, denominados colonias.
Bacterias
• Organismos Pluricelulares que corresponden a aquellos formados por muchas células, son todos eucariontes. Todas las células que componen al organismo han surgido a partir de una única célula que ha formado a las demás, por lo tanto todas las células poseen la misma información genética, aunque no la expresen de la misma manera. Las células no sobreviven aisladas, forman tejidos que a su vez se organizan en órganos y en la gran mayoría estos últimos se organizan en sistemas, de esta manera forman el organismo pluricelular. Ejemplo de organismos pluricelulares son los animales, incluida la especie humana, plantas y hongos.
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CÉLULAS PROCARIONTES
Los procariontes pueden vivir a partir de formas de energía más diversas y diferentes que cualquier otra criatura viva, habitan en extremos ambientales, como las fuentes termales o agua salada.
Una de las particularidades más destacables de estas células es que no poseen núcleo ni ningún tipo de organelo.
Aun cuando las células procariontes son estructuralmente menos complejas que las eucariontes son funcionalmente tan complicadas como ellas, llevando a cabo miles de transformaciones bioquímicas.
Las células procariontes suelen ser más pequeñas que las eucariontes. Por lo tanto, no siempre son visibles a microscopía óptica y sus subestructuras sólo lo son con el microscopio electrónico. Cada procarionte es una célula aislada, pero muchos tipos de procariontes se encuentran normalmente en cadenas, grupos pequeños o en colonias que contienen cientos de individuos.
Características básicas de las células procariontes 1. La membrana plasmática regula el tránsito de materiales desde y hacia la célula separándola del ambiente. 2. Una región llamada nucleoide contiene el material hereditario (ADN) de la célula.
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En su interior tiene una molécula de ADN libre cerrado que se llama cromosoma bacteriano, al lugar que ocupa en el citoplasma se le denomina nucleoide. Además, puede contar con trozos pequeños de ADN circulares extracromosómicos que llevan pocos genes. Están relacionados con la resistencia a los antibióticos y se denominan plasmidios. El resto del material incluido en la membrana plasmática se denomina citoplasma formado por una solución coloidal que recibe el nombre de citosol su fase dispersante formada básicamente por agua y su fase dispersa por moléculas orgánicas y electrolitos. Además presenta un complejo molecular los ribosomas de 70s, de aproximadamente 25 nm. de diámetro, sitio de síntesis proteica.
LAMINILLAS Algunos grupos de bacterias –las cianobacterias y otrasrealizan fotosíntesis. En estas bacterias fotosintéticas, la membrana plasmática se pliega en el citoplasma para formar laminillas que contienen clorofila, bacteriana y otros compuestos necesarios para la fotosíntesis. MESOSOMAS Otros grupos procariontes poseen otros tipos de estructuras membranosas denominadas mesosomas que pueden funcionar en la división celular o en distintas reacciones que liberan energía. Al igual que los sistemas de membrana fotosintéticos, los mesosomas están formados por el pliegue de la membrana plasmática.
ESTRUCTURAS PROCARIONTES
FLAGELOS
CÁPSULA
Algunos procariontes nadan utilizando apéndices denominados flagelos que permiten la movilidad de la célula.
Rodeando a la pared celular y a la membrana externa en algunas bacterias se encuentra la cápsula, formada principalmente por polisacáridos. En algunas bacterias esta estructura puede protegerlas del ataque de los leucocitos de animales que infectan. También ayuda a la célula a evitar la desecación. Muchos procariontes no producen ninguna cápsula y los que la poseen pueden sobrevivir aun cuando la pierdan, de modo que no es esencial para la vida celular. PARED CELULAR Por fuera de la membrana plasmática. La rigidez de la pared celular sostiene la célula y determina su forma. Las paredes celulares de la mayoría de las bacterias, contienen peptidoglucano, un polímero de aminoglúcidos.
Según su nutrición, hay bacterias autótrofas y otras heterótrofas. Unas beneficiosas que se utilizan en la industria y otras, las parásitas que nos causan enfermedades y las saprófitas, que son degradadores y participan en los ciclos biogeoquímicos, función ecológicamente muy importante, tal como se muestra en la siguiente figura de la siguiente página.
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Esquema general del ciclo de la materia en un ecosistema.
CÉLULAS EUCARIONTES En las células eucariotas, se alcanza el máximo grado de compartimentalización citoplasmática. Estas células poseen diferentes estructuras y organelos que realizan funciones especificas. Muchas de las actividades bioquímicas de las células (metabolismo celular), tienen lugar en estas estructuras. Estos espacios son importantes como sitios donde se mantienen condiciones químicas específicas, que incluso varían de organelo en organelo. Los procesos metabólicos que requieren condiciones diferentes, pueden tener lugar simultáneamente en una única célula porque se desarrollan en organelos separados. Otro beneficio de las membranas internas es que aumentan el área total membranosa de la célula. Una célula eucariótica típica, con un diámetro diez veces mayor que una célula procariótica, tiene un volumen citoplasmático mil veces mayor, pero el área de la membrana plasmática es solo cien veces mayor que la de la célula procariota. Además, la célula posee otras estructuras no membranosas, que también cumplen importantes y variadas funciones.
Si se excluyen los organelos del citoplasma, lo que queda se denomina citosol. En general, el citosol en las células eucarióticas ocupa el espacio mayor y en las bacterias es lo único que se observa porque estas no poseen un sistema de endomembranas. El citosol se comporta como un gel acuoso por la gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas que se encuentran en él, principalmente proteínas. Debido a la composición del citosol, en él tienen lugar la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo, como la glucólisis, la gluconeogénesis, así como la biosíntesis de numerosas moléculas. En el citosol se encuentran los ribosomas, las inclusiones y está cruzado por filamentos proteicos que forman el citoesqueleto.
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Los organelos intramembranosos están distribuidos en todo el citoplasma. (A) Existe una variedad de compartimientos rodeados de membrana en las células eucariontes, cada uno especializado para efectuar diferentes funciones. (B) El resto de la célula, con exclusión de los organelos, se denomina citosol (sombreada). Esta región es el lugar en donde se lleva a cabo muchas de las actividades vitales
LÍMITE CELULAR La célula es considerada la unidad estructural y funcional de los seres vivos, por lo que debe tener capacidad de intercambiar materia y energía con el medio ambiente para reparar, mantener y construir cada parte de su estructura con el fin de mantener su funcionalidad, y de esta manera reproducirse para perdurar en el tiempo. Lo anteriormente dicho es válido tanto para organismos unicelulares como pluricelulares. Para que las células puedan desempeñar dichas funciones, deben contar con: LÍMITE Que determine un medio interno y asegure el perfecto funcionamiento celular. Este límite, tiene permeabilidad selectiva, es decir, selecciona lo que entra o lo que sale de la célula, para ello tiene una estructura relativamente compleja basada en la presencia de fosfolípidos, carbohidratos, proteínas y colesterol.
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CITOPLASMA Que en células más especializadas y eficientes esta compartimentalizado, es decir, que además de contener en su interior agua, minerales y algunos compuestos orgánicos, posea pequeñas estructuras membranosas llamadas organelos que cumplen variadas funciones. Un ejemplo de éstos son mitocondrias, retículo endoplasmático liso (REL), retículo endoplasmático rugoso (RER), aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, entre otras.
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CONTESTE 1. ¿Cuáles son los organismos que poseen pared celular?
2. ¿Qué organismos no poseen pared celular?
MATERIAL GENÉTICO Que en las células eucariotas está encerrado en un compartimiento de doble membrana llamada núcleo. Contiene el ADN que participa tanto en la transmisión de la información genética a la próxima generación, como en el control metabólico de la célula, mediante la actividad de distintas enzimas.
PARED CELULAR La pared celular se encuentra formando parte del límite celular en organismos como eubacterias (o simplemente bacterias), protistas, hongos y plantas. Su composición varía en las distintas especies, en los distintos tejidos de una misma especie y entre células. En las células vegetales se encuentra una pared constituida principalmente por celulosa y lignina. Su alta porosidad permite el paso de agua y solutos disueltos. La célula vegetal no pierde comunicación con células vecinas, gracias a la presencia de plasmodesmos (poros) que comunican los citoplasmas de las células que forman el tejido. En las células de los hongos las paredes celulares están constituidas por quitina y en los protistas de celulosa reforzadas por sales de carbonato de calcio y sílice. En las bacterias está compuesta de peptidoglucano (mureina). A pesar de la diversidad de las moléculas constituyentes de las paredes celulares de plantas, hongos, protistas y bacterias la función de la pared celular es otorgar resistencia, protección y a cada célula su forma típica.
MEMBRANA CELULAR La membrana celular es el límite de la célula, definiendo su extensión y mantiene las diferencias esenciales entre el medio intracelular y el medio extracelular. Aunque realicen diferentes funciones, todas las membranas biológicas tienen una estructura básica común: una doble capa de fosfolípidos que conforman el principal soporte estructural y proteínas que “nadan” en este “mar” de lípidos. Estos componentes se mantienen unidos fundamentalmente por interacciones no covalentes.
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Los fosfolípidos están compuestos básicamente por un glicerol ,un grupo fosfato y dos ácidos grasos ,siendo en la mayoría de los casos una saturado y otro insaturado. Son moléculas anfipáticas es decir poseen un extremo polar o hidrofilico y un extremo apolar o hidrofóbico. Esta naturaleza química les permite en las células formar bicapas quedando sus cabezas hidrofílicas expuestas al agua y sus colas hidrofóbicas apuntando hacia adentro, protegidas del agua, lo que constituye la base
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Esta disposición de los componentes de membrana se conoce como el modelo del mosaico fluido, propuesto por S.J. Singer y G.L. Nicholson en 1972 y corroborado posteriormente con técnicas de microscopía electrónica de alta resolución. El nombre de mosaico alude a una variedad de moléculas que componen la membrana y fluido porque la mayor parte de las moléculas se mueven libremente manteniendo la estructura. Las principales características de las membranas biológicas es ser dinámicas y fluidas. Las membranas deben ser fluidas para funcionar en forma apropiada. El estado fluido de las membranas depende del componente lipídico. Si es muy fluida, la estructura de la bicapa se debilita sin embargo si es muy rígida muchas de las funciones de la membrana se inactivan o disminuyen como lo es el transporte de sustancias. Una membrana permanece fluida a medida que desciende la temperatura hasta que finalmente los fosfolípidos se agrupan en forma muy compacta y la membrana se solidifica. El grado de fluidez de una bicapa a una cierta temperatura dependerá del tipo de ácido graso que componen a los lípidos. Una membrana permanecerá fluida a una menor temperatura si posee un mayor porcentaje de colas insaturadas, las que aumentan la fluidez.
PROTEÍNAS EN MEMBRANAS CELULARES La composición de proteínas de las membranas es muy variada tanto es su cantidad como en su tipo, y muchas de ellas se desplazan en el “mar” de lípidos, es decir, no se encuentran fijas. Al igual que los lípidos, las proteínas tienen una distribución asimétrica. Las proteínas pueden asociarse de diferentes maneras a la bicapa lipídica. Las que se insertan en la bicapa atravesándola completamente, son las proteínas transmembrana o las que lo hacen de manera parcial proteínas integrales o intrínsecas, mientras que las que se ubican en la superficie son las proteínas periféricas o extrínsecas.
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Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, el principal soporte funcional lo proporcionan las proteínas. Ellas cumplen distintas funciones tales como, anclaje, transporte, actividad enzimática, receptores, reconocimiento y uniones celulares, entre otras (vea la figura adjunta).
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CARBOHIDRATOS EN MEMBRANAS CELULARES Los carbohidratos son un componente común en las membranas plasmáticas de las células animales y participan en el reconocimiento celular. Corresponden a cadenas ramificadas cortas de oligosacáridos limitados a la superficie externa asociados con lípidos (constituyendo los glicolípidos) o unidos a proteínas (formando las glicoproteínas), constituyendo el glucocálix, como se muestra a continuación. El glucocálix se oruenta hacia la cara externa de la membrana plasmática en aquellas células que lo poseen. Los carbohidratos de la membrana plasmática varían de especie a especie, entre individuos de la misma especie y aun entre un tipo celular y otro dentro de un mismo organismo. La diversidad de estas moléculas y su localización en la superficie de la célula les permiten funcionar como marcadores que distinguen una célula de otra. Por ejemplo, los cuatro tipos de grupos sanguíneos denominados A, B, AB y O reflejan variaciones en los carbohidratos de la superficie de los glóbulos rojos.
EN RESUMEN... FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA 1. Constituir el límite fundamental de toda célula. 2. Regular los movimientos de sustancias desde y hacia la célula. 3. Conducir potenciales de acción electroquímicos (en células excitables, tales como, las neuronas). 4. Participar en interacciones directas formando así las uniones intercelulares. 5. Mantener la forma celular junto a estructuras del citoesqueleto y de la matriz extracelular. 6. Transducir señales hormonales y nerviosas.
FUNCIÓN DE COMUNICACIÓN CELULAR Para el control, cooperación e integración entre los distintos sistemas, órganos, tejidos y tipos celulares del organismo. Los elementos básicos para la unión física y funcional entre células a nivel de tejidos son: la matriz extracelular (MEC) y las uniones intracelulares. Veremos a continuación los componentes de Matriz Extracelular y los tipos de Uniones Intercelulares. Recuerda que no solamente existen los eucariontes como plantas y animales, sino también los dominios y reinos de las bacterias, que difieren levemente de esta composición.
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En el caso de las células procariontes (bacterias), como la membrana plasmática está rodeada por una pared celular, la función de comunicación la ejercen estructuras denominadas pilis que permiten el reconocimiento celular y químico alrededor de la bacteria. y pilis sexuales, que posibilitan el intercambio de materiales entre bacterias.
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MATRIZ EXTRACELULAR (MEC) Los principales componentes son glucoproteínas. La más abundante de las glucoproteínas en la MEC de mayoría de las células animales es el colágeno, que forma fibras fuertes fuera de las células. De hecho, el colágeno constituye cerca de la mitad del total de proteínas del cuerpo humano. Las fibras de colágeno están embebidas en una trama reticulada de proteoglucanos, constituidas por un 95% por polisacáridos. Estos polisacáridos forman la fase fundamental para la difusión de señales químicas tal como las hormonas entre la sangre y la célula.
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UNIONES INTERCELULARES En los organismos multicelulares, estructuras especializadas de la membrana plasmática mantienen unidos grupos de células y establecen rutas por las que las células se comunican con sus vecinas. Dependiendo del organismo y la célula, hay cuatro formas de conexión intercelular: los desmosomas, uniones estrechas o herméticas y las uniones en hendidura o gap, presentes solo en las células animales y los plasmodesmos solo presentes en células vegetales.
Tanto los desmosomas como las uniones estrechas son estructuras de unión celular. Por ejemplo las células que revisten el intestino delgado están unidas por desmosomas; en donde filamentos de proteínas unidos a la superficie interna de cada desmosoma se extienden al citoplasma y se unen a otros filamentos de la célula, fortaleciendo la conexión entre ellas, funcionan como “remaches”. Las uniones estrechas o herméticas impiden las fugas entre células, como es el caso de la vejiga urinaria. Estas estructuras a diferencia de las anteriores son de comunicación. Las uniones en hendidura o gap, como las que se encuentran entre las células del hígado, contienen canales intercelulares que conectan el citoplasma de células contiguas. Las células vegetales se conectan solo a través de plasmodesmos, que unen el citoplasma de células contiguas.
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TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Durante este tema revisaremos los diferentes tipos de transporte celular que ocurren en las membranas plasmáticas. La versatilidad y diversidad de estos transportes posibilita el intercambio de sustancias entre el interior celular (LIC) hacia sus vecinas o con el medio circundante (LEC) y viceversa.
Debido a esto, es necesario comprender cómo se organizan y funcionan estos diversos tipos de transporte para permitir el intercambio y comunicación celular, además de funciones como la digestión de partículas o secreción de elementos útiles o la excreción de desechos, etc.
CUADRO SINÓPTICO DE TRANSPORTE CELULAR
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PERMEABILIDAD CELULAR Las bicapas lipídicas tiene un carácter altamente hidrofóbico por lo que son muy impermeables a las moléculas polares y cargadas (iones). De esta forma, la carga y el elevado grado de hidratación de tales moléculas, les impiden penetrar en la fase hidrocarbonada de la bicapa. A continuación, se presentan los tipos de moléculas que pueden atravesar la bicapa lipídica y las que se ven imposibilitadas de hacerlo.
La permeabilidad de la bicapa es diferencial frente a las distintas sustancias. Por ejemplo hay sustancias que no pueden atravesar libremente la bicapa lipídica, pero, lo hacen a través de las proteínas de transporte. De esta manera la membrana es capaz de regular el tránsito de sustancias que entran o salen de la célula. A esta propiedad la denominamos permeabilidad selectiva. En virtud de la permeabilidad selectiva de la membrana, la célula es capaz de mantener concentraciones en un medio intracelular bastante diferente de las de su entorno, el extracelular. La concentración es el número de moléculas o iones por volumen unitario de líquido. Una diferencia de concentración entre dos regiones adyacentes se llama gradiente de concentración. Las sustancias tienden a desplazarse siguiendo el gradiente, desde la zona de mayor concentración hacia la zona de menor concentración (esto es lo que denominamos a favor del gradiente). Los gradientes de concentración hacen que se muevan iones o moléculas de una región a otra en el sentido en que se equilibra la diferencia.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
Cuanto mayor es el gradiente de concentración, la velocidad de la difusión es mayor. Cuanto más alta es la temperatura, la velocidad de la difusión es mayor. Si no intervienen otros mecanismos, la difusión continúa hasta que las concentraciones se igualan en todas sus partes, es decir, hasta que se pierde el gradiente de concentración. Difusión. Es el desplazamiento neto de moléculas a presión y temperatura constante desde zonas de mayor concentración hacia zonas de menor concentración. Ocurre sin gasto de energía (transporte pasivo).
La velocidad de difusión puede verse afectada por varios factores como el tamaño de las partículas, la temperatura o la magnitud del gradiente. Si alguna vez haz visto con detención como se va coloreando el agua de una taza de té tras sumergir la bolsita, has estado presente entonces ante un evento de difusión de
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Las membranas se comprenden en función del modelo del “Mosaico fluido”, que describe y representa a las membranas celulares como un mosaico de varias moléculas de proteínas inmersas en una doble capa de fosfolípidos. Esta no es una barrera estática, es dinámica y permite la difusión de sustancias, pero no aleatoriamente, sino que hay restricciones y una selección de lo que puede o no cruzar la membrana plasmática.
TRANSPORTE PASIVO Es el transporte donde el movimiento de las partículas a través de la membrana está impulsado por la gradiente de concentración y sin uso de energía. Dadas las características de las membranas son muy pocas las sustancias que pueden pasar libremente, mientras que otras lo harán con la ayuda de proteínas de transporte. A continuación revisaremos varios tipos de transporte pasivo.
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DIÁLISIS
DIFUSIÓN SIMPLE
Es la difusión de un soluto a través de una membrana permeable a ciertos solutos. La sustancia pasa a favor del gradiente de concentración hasta quedar en equilibrio (en la situación de equilibrio sigue pasando soluto de un lado al otro de la membrana, sin haber un cambio neto en las concentraciones).
Se refiere al movimiento de sustancias a través de la membrana por la bicapa lipídica.
Por ejemplo, en medicina es muy importante la diálisis para retirar desechos desde la sangre de personas con riñones afectados por alguna enfermedad. La diálisis es un concepto que se aplica sólo a membranas artificiales ya que en las membranas biológicas las sustancias se mueven pasivamente por difusión simple o con ayuda de proteínas (difusión facilitada).
Las moléculas que pueden atravesarla deben ser pequeñas, sin carga y apolares o hidrofóbicas como lo son los gases respiratorios (oxígeno y dióxido de carbono), hormonas lipídicas (testosterona, estrógenos, cortisol, etc.) y otros compuestos liposolubles como los ácidos grasos, hormonas tiroideas, etc. Esta forma de transporte pasivo es la única que NO requiere ningún tipo de proteína para funcionar.
DIFUSIÓN FACILITADA POR PROTEÍNAS En este ítem revisaremos dos modalidades de movimiento pasivo de sustancias a través de la membrana, pero usando proteínas transmembrana ya que las sustancias son hidrofílicas. Estas proteínas pueden ser de 2 tipos: canales y proteínas transportadoras.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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A) PROTEÍNAS DE CANAL
B) PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS (CARRIERS)
Son proteínas que forman un verdadero poro en la membrana a través del cual se desplazan iones a favor del gradiente electroquímico. Este proceso ocurre sin gasto de energía.
Las proteínas transportadoras, poseen uno o más sitios de unión específicos para las sustancias que transportarán, por lo tanto, tienen una capacidad limitada, es decir, se saturan y a diferencia de lo que ocurre en las proteínas canal, la sustancia transportada se une a la proteína transportadora y ésta sufre un cambio de forma produciendo el traslado a través de la membrana. Glucosa, aminoácidos y otras moléculas hidrofílicas o hidrosolubles son transportadas por proteínas transportadoras o carriers.
Hay canales que pueden estar siempre abiertos y también hay canales que permanecen cerrados y su apertura depende de distintos estímulos (unión de una sustancia, acción mecánica, cambio de carga eléctrica en la membrana, etc.), son altamente específicos y no se saturan.
RESPONDA El siguiente gráfico compara las curvas de la velocidad de transporte de la difusión simple y la difusión facilitada.
La difusión simple y la difusión facilitada por proteínas comparten el hecho que ambas requieren de un gradiente para que se realice, sin embargo, a bajas concentraciones, la difusión facilitada ocurre más rápidamente que la difusión simple.
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BIOLOGÍA COMÚN
OSMOSIS. PASO DE AGUA A TRAVÉS DE UNA MEMBRANA Corresponde al paso de agua a través de una membrana selectivamente permeable en respuesta a gradientes de concentración, la que puede ocurrir directamente a través de la bicapa de fosfolípidos y principalmente como rápidamente por acuaporinas; canales proteicos específicos para el transporte de agua que se encuentran en la membrana, es decir el agua se mueve a través de una membrana selectivamente permeable al agua ya sea por difusión simple o por difusión facilitada.
A la fuerza que impulsa este desplazamiento de agua se le denomina presión osmótica, en consecuencia mientras más soluto tenga una solución mayor presión osmótica poseerá y a medida que el agua se mueva y diluya la solución también va a disminuir la presión osmótica. Se denomina osmolaridad a la capacidad que tiene una solución de captar y retener agua, de esta manera poseen mayor osmolaridad los medios con mayor presión osmótica y viceversa. Los científicos usan la palabra “tonicidad” para comparar las concentraciones de dos soluciones diferentes.
Todo sustancia o soluto que se disuelve en el agua desplaza algunas moléculas de agua en un volumen dado y también forma enlaces de hidrógeno con muchas otras moléculas de agua, con lo que impide que pasen por una membrana permeable al agua. Por tanto, cuanto mayor es la concentración de sustancias disueltas, menores la concentración de agua disponible para atravesar la membrana. Entonces si dos soluciones están separadas por una membrana, que es selectivamente permeable al agua habrá un movimiento neto de la solución con más moléculas de agua libres (con menos soluto) a la solución con menos moléculas libres (con más soluto).
A continuación se presenta un esquema que explica lo que sucede con el movimiento de agua cuando se colocan dos soluciones separadas por una membrana semipermeable o selectivamente permeable al agua. La solución que contiene la mayor concentración del soluto se le denomina hipertónica y a la solución más diluida o con menor concentración de soluto se llama hipotónica. El agua se moverá por osmosis desde las soluciones hipotónicas a las hipertónicas, hasta que se alcance el equilibrio y cuando las soluciones tienen concentraciones iguales de un soluto y por tanto, con concentraciones iguales de agua son isotónicas una de la otra; en este ultimo caso no hay movimiento neto de agua entre ellas.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
RESPUESTAS DE LAS CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES A LOS CAMBIOS DE OSMORALIDAD
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Si una célula animal (u otra célula no rodeada de pared) se transfiere desde una solución isotónica a una hipertónica (a) , el agua abandona la célula y ésta se encoge proceso conocido como crenación. En cambio si la célula se transfiere a una solución hipotónica (b) , acepta agua hinchándose y a veces hasta el extremo de reventar experimentando citólisis. Si células vegetales (u otras células provistas de paredes rígidas) (c) se transfieren desde una solución isotónica a otra hipertónica también se encojen por la perdida de agua fenómeno conocido como plasmólisis, pero en una solución hipotónica (d) ingresa agua, sin que revienten fenómeno conocido como turgencia.
DESARROLLE 1. Se presenta la solución A y B al inicio y al término del proceso osmótico.
a) ¿Cuál de las soluciones, A o B, presenta mayor osmolaridad al inicio del proceso?
2. Se tienen tres osmómetros, en cada uno de ellos se coloca suero fisiológico (0,9% NaCl) y en el tubo curvado se coloca un líquido coloreado que permite ver su desplazamiento. Cada osmómetro se introduce en recipientes que contiene soluciones de NaCl de distinta concentración señaladas como A, B y C.
A partir del experimento, indica cual solución es hipertónica, hipotónica e isotónica. A B C
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BIOLOGÍA COMÚN
TRANSPORTE ACTIVO El transporte activo es el que ocurre en contra el gradiente electroquímico de las sustancias (de menor a mayor concentración) y requiere gasto de energía. Este tipo de transporte es realizado por proteínas de membrana que llamamos bombas o ATPasas, ya que obtienen energía al hidrolizar ATP y de esa manera moviliza sustancias en contra el gradiente de concentración.
Un sistema de transporte que trabaja de esta manera es la bomba sodio-potasio que permite mantener concentraciones intracelulares de sodio y de potasio muy diferentes a las del medio extracelular. Esto genera un gradiente para cada uno de estos iones que por ejemplo las células nerviosas usan para propagar impulsos nerviosos.
Concentraciones intra y extracelulares de Na+ y K+ Medio intracelular
Medio extracelular
Na+
10 mmol/L
150 mmol/L
K+
140 mmol/L
4 mmol/L
El mecanismo de funcionamiento de la Bomba Na+ / K+ ATPasa consiste en que el K+ es impulsado en contra de su gradiente hacia el interior del citoplasma, mientras que el Na+ es expulsado hacia el fluido extracelular. En el proceso
el ATP permite a la proteína cambiar de forma para expulsar el sodio y luego ingresar el potasio. La tasa de acción de la bomba es por cada ATP propulsa 3 Na+ al exterior (hacia el LEC) por 2 K+ que reincorpora al citoplasma (LIC).
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
Existe otra modalidad de transporte activo que no usa directamente la hidrólisis de ATP como fuente de energía, sino que la fuerza impulsora está dada de la formación de un gradiente. A este tipo de transporte se le conoce como transporte activo secundario o aclopado. Esa diferencia de concentración es aprovechada por la célula para cotransportar dos sustancias simultáneamente.
RESPONDA Se ha descubierto que indirectamente algunas infecciones intestinales modifican la actividad de la bomba Na+/K+ ATPasa y con ello la captación de glucosa en el intestino.
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Este tipo de transporte se denomina transporte activo secundario y uno de los ejemplos está en las células intestinales al absorber glucosa en conjunto con el sodio (cotransportador sodio - glucosa ), consecuencia de los gradientes generados por la bomba Bomba Na+ / K+ ATPasa el Sodio ingresa a favor de su gradiente y junto a el ingresa acopladamente la glucosa. La siguiente figura nos muestra un esquema de dicho ejemplo de transporte.
¿Por qué una modificación en la bomba Na+/K+ ATPasa altera el cotransporte de glucosa?
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CANTIDAD DE MOLÉCULAS TRANSPORTADAS De lo estudiado te habrás dado cuenta que existen diversos tipos de proteínas de transporte. Algunas son capaces de mover un tipo de soluto y otras dos tipos de solutos lo que llamamos transporte acoplado. En la siguiente figura se muestra la clasificación de estos transportadores:
El esquema de la izquierda representa el uniporte: se transporta una sola molécula, ya sea hacia adentro o hacia afuera.
MOVIMIENTO A TRAVÉS DE VESÍCULAS MEMBRANOSAS
A) ENDOCITOSIS
Las células también requieren movilizar partículas grandes o en gran cantidad, ya sea hacia el citoplasma o hacia el medio extracelular. Los lípidos de la membrana tienen la capacidad de auto-sellado, lo que les permite formar vesículas y no discontinuar la membrana.
Los otros dos reciben el nombre de transportes acoplados, y se conocen como simporte (si ambas sustancias transportadas van en el mismo sentido) o antiporte (si son transportadas en sentidos contrarios).
Es la incorporación de partículas disueltas (pinocitosis) o partículas sólidas grandes (fagocitosis) a través de una vesícula formada por la membrana que se invagina y engloba la sustancia a endocitar. De esta manera, dicha sustancia es incorporada a la célula en la vesícula y su contenido no toma contacto con el citoplasma. Un tipo especial de endocitosis es la mediada por receptor. En este caso la formación de la vesícula endocítica depende de la unión de la sustancia a incorporar con un receptor específico en la superficie celular. En ese lugar, la membrana tiene una pequeña depresión y por la cara intracelular está recubierta con proteínas específicas (por ejemplo las clatrinas) que le señalan su destino en el intracelular. Este tipo de transporte es muy frecuente en células animales para incorporar grandes partículas.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
TIPOS DE ENDOCITOSIS
B) EXOCITOSIS Es la expulsión de sustancias a través de una vesícula. En tal caso, la vesícula se forma en el citoplasma y es llevada hasta la superficie donde el material es liberado y la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana plasmática. Si lo expulsado es un material de desecho hablamos de exocitosis de excreción, por el contrario, si la sustancia expulsada se fabrica en el interior para ejercer su función fuera de la célula (como por ejemplo las hormonas y neurotransmisores), hablamos de exocitosis de secreción. A pesar de sus diferencias, la endocitosis y la exocitosis comparten el hecho de requerir de energía para la formación y el transporte de las vesículas y también que ambas producen pequeñas variaciones en el área de la membrana.
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ESQUEMA DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TRANSPORTES A TRAVÉS DE MEMBRANA
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Célula procarionte Estructuras procariontes Célula eucarionte Organelos Pared celular Membrana celular Transporte celular pasivo Difusión Osmosis Difusión facilitada Transporte celular activo Endocitosis Exocitosis
Sí
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No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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ORGANIZACIÓN INTERNA CELULAR
COMPLETE EL SIGUIENTE ESQUEMA
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS Son todas aquellas estructuras citoplasmáticas delimitadas por membranas o bicapas fosfolipídicas. A continuación se revisará los organelos delimitados por dos membranas como el núcleo, el cloroplasto y el mitocondrias y luego los delimitados por una sola membrana.
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CONCEPTOS CLAVE Organelo Citosol Citoplasma Núcleo Cromatina Nucléolo Mitocondrias Respiración celular
Cloroplastos Fotosíntesis Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Complejo de Golgi Lisosomas Proxisomas Ribosomas
ORGANELOS DE DOS MEMBRANAS A) NÚCLEO Considerado como un compartimiento o como el organelo más importante para la célula debido a que es el lugar físico donde se encuentra el material genético o ADN, responsable del control metabólico y de la continuidad de la vida. Su tamaño y posición son variables, por la necesidad del control metabólico por parte de la célula, por ejemplo, células hepáticas grandes pueden tener 2 ó 3 núcleos, lo mismo ocurre con células musculares estriadas. NUCLÉOLO
CROMATINA
Subestructura(s) que no posee(n) membrana. Es la porción del ADN, de los cromosomas que contienen genes para que se realice la transcripción de ARN ribosomal (ARNr). Dichas zonas especiales del ADN se llaman zonas organizadoras nucleolares (más conocidas como regiones o zonas NOR) lugar donde se arman las sub-unidades ribosomales. Su número depende de la cantidad de proteínas que deba sintetizar la célula.
Las proteínas que se unen al ADN para formar los cromosomas eucariontes son las histonas y proteínas cromosómicas no histónicas. El complejo que forman ambas clases de proteínas con el ADN nuclear se denomina cromatina. Las histonas son responsables de la condensación de la cromatina, la que en interfase se puede encontrar en dos formas: heterocromatina (más compacta) y como eucromatina (más laxa).
MEMBRANA NUCLEAR
CARIOLINFA
También se denomina carioteca, es doble con ribosomas adheridos. Posee poros (complejos del poro), lo que permite el transporte de moléculas en ambas direcciones a través de ella.
Es la matriz nuclear o nucleoplasma. Es la parte líquida del núcleo que puede tener en estado soluble minerales, nucleótidos u otro componente necesario para la conformación de la cromatina.
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B) MITOCONDRIAS. CENTRALES ABASTECEDORAS DE ATP
ESTRUCTURA DE UNA MITOCONDRIA.
Las mitocondrias llevan a cabo la respiración celular, proceso en el cual la energía química que se encuentra contenida en las moléculas que constituyen los alimentos es convertida en ATP, principal fuente de energía para el trabajo celular. La mitocondria está rodeada por dos membranas, una externa y otra interna, y dos compartimentos. La mitocondria contiene ADN libre y circular, enzimas como también ribosomas lo que le confiere autonomía, por ello se la considera un organelo semiautónomo. La teoría de la endosimbiosis, propone un origen procariota para este organelo, por su semejanza con las bacterias. El primer compartimiento lleno de fluido se encuentra entre las dos membranas cuya función es acumular protones (H+). La membrana interna rodea al segundo compartimento o matriz mitocondrial, lugar donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas relacionadas con la respiración celular. El plegamiento de la membrana interna forma las crestas mitocondriales, estructuras que aumentan el área, favoreciendo la capacidad de las mitocondrias para producir ATP. RESPIRACIÓN CELULAR. EL CATABOLISMO DE LA GLUCOSA La oxidación de los polisacáridos comienza con la despolimerización para obtener unidades sencillas de monosacáridos. Estos últimos se degradan hasta constituir una molécula más sencilla y más oxidada denominada ácido pirúvico (piruvato). Esta ruta, denominada glucólisis, es común a la mayor parte de los organismos, y en algunos que viven en ausencia de oxígeno (anaerobios), la oxidación no continúa. En su lugar, el ácido pirúvico se modifica ligeramente. Estos procesos se denominan fermentaciones.
En los organismos que viven en medios con oxígeno (aerobios) el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria y se transforma en acetil-coenzima-A. El acetil-coenzima A procedente de la glucólisis pasa a un proceso cíclico denominado ciclo de Krebs, durante el cual los dos carbonos de los grupos acetilo son totalmente oxidados, y en esta transformación se origina dióxido de carbono. Durante el ciclo de Krebs y en las rutas anteriores se desprenden protones y electrones, los cuales son capturados por diversas coenzimas que se reducen y posteriormente se vuelven a oxidar mediante una serie de reacciones redox acopladas que concluyen con la transferencia de los electrones al oxígeno, que al tomar los dos protones (H+) forma agua. La energía desprendida durante esta reacción se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP y Pi (fósforo inorgánico). Como se resume en la siguiente tabla, las múltiples reacciones que ocurren en la célula para completar la Respiración Celular se organizan en los siguientes pasos:
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
Etapa
Sitio donde ocurre
Glucólisis
Citosol de la célula
Oxidación del Piruvato o Formación del Acetil Co A
Matriz mitocondrial
Ciclo de Krebs
Matriz mitocondrial
Cadena Transportadora de electrones y Fosforilación oxidativa
Crestas de la membrana mitocondrial interna
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Glucólisis, oxidación del piruvato, (formación del acetil CoA), ciclo de Krebs, transporte de electrones y fosforilación oxidativa y se detallan en el resumen en la siguiente secuencia de esquemas en las figuras que se adjuntan. Si existen las condiciones propicias en cuánto a los recursos de carbohidratos (glucosa) y oxígeno, la secuencia se cumple completa, pero si no hay oxígeno para las mitocondrias, la opción es continuar produciendo ATP en el citoplasma mediando las reacciones de fermentación alcohólica (en levaduras) o fermentación láctica (en eritrocitos).
Respiración aeróbica y fermentación
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA EN EL CITOPLASMA Y LAS MITOCONDRIAS.
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BIOLOGÍA COMÚN
Ecuación general de la Respiración Celular Aeróbica C6 H12 O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + ATP + calor
FERMENTACIÓN. LA ALTERNATIVA ANAERÓBICA A LA RESPIRACIÓN AERÓBICA Las células musculares normalmente utilizan, la respiración aeróbica, obteniendo 36 o 38 ATP por molécula de glucosa, pero también son capaces de sobrevivir sin O2 , con las dos moléculas de ATP de la glucólisis. El inconveniente de utilizar esta vía, está en el suministro de NAD (oxidado), que debe ser capaz de reponer el NADH (reducido). Las células musculares mantienen el suministro de NAD (oxidado), a costa de la reducción del ácido pirúvico obtenido en la glucólisis. De esta manera, el ácido pirúvico queda como ácido láctico (lactato).
La producción de ácido láctico a partir de la glucosa se denomina fermentación láctica. Las levaduras también utilizan normalmente la vía aeróbica, pero son capaces de vivir en ambientes sin oxígeno, realizando la fermentación alcohólica, en la cual produce etanol y libera CO2. Es importante recordar que varios de los productos de la respiración celular indirectamente pasarán a ser “convertidos a ATP” gracias a una reacción que hace rendir el “valor redox” de diversas moléculas transportadoras de electrones a lo largo de la famosa cadena de citocromos. Moléculas como NADH y FADH2 son las responsables de cargar a estos citocromos con electrones para que exista un bombeo de protones que, tras formar una gradiente entre el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial fluyen a través de la ATP sintetasa. Esta produce ATP conforme gasta la gradiente de H+ formada por los citocromos. En la siguiente tabla se resume este rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O. Se sintetizan 3 moléculas de ATP, al oxidar una molécula de NADH y 2 moléculas de ATP al oxidar una molécula de FADH2.
Reacciones químicas de la Fermentación. A. Fermentación Acido Láctica. B. Fermentación Alcohólica.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
Etapas
Transportadores reducidos
Número de ATP
Glucólisis
2 NADH
2 ATP
Formación de Acetil CoA
2 NADH
Ciclo de Krebs
6 NADH
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2 ATP
2 FADH2 Fosforilación Oxidativa
34 ATP Total
Como se aprecia, la etapa de mayor ganancia es la fosforilación oxidativa, pues es ahí donde los procesos redox que comprometen a los NADH y FADH2 se llevan a cabo para lograr que la ATP sintetasa funcione y vuelva a recargar el ADP + Pi en ATP.
38 ATP
Esquema resumen de la Respiración Celular. Se advierte que la fermentación es una de las dos posibilidades de obtener ATP en caso de condiciones anaeróbicas o de insuficiente oxígeno. Sin embargo, el rendimiento mayor se obtiene al lograr la reacción total incluidas todas las etapas mencionadas en la tabla anterior.
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BIOLOGÍA COMÚN
C) CLOROPLASTOS. FÁBRICAS DE ALIMENTO
ESTRUCTURA DE UN CLOROPLASTO
Todas las partes verdes de una planta poseen cloroplastos y pueden llevar a cabo la fotosíntesis. Son organelos de doble membrana. La interna forma las granas que contienen los tilacoides donde se encuentra la clorofila, pigmento de color verde. El espacio restante se denomina estroma. La clorofila absorbe la energía solar que le permite al cloroplasto fabricar las moléculas de alimento. Los cloroplastos al igual que las mitocondrias contiene ADN libre y circular, enzimas como también ribosomas lo que le confiere autonomía por ello también se le considera un organelo semiautónomo y teoría de la endosimbiosis también da cuenta de su origen procarionte.
A) FASE DEPENDIENTE DE LA LUZ (FASE CLARA O REACCIONES LUMINOSAS)
FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es un proceso anabólico que se lleva a cabo en los cloroplastos. La realizan los organismos que poseen clorofila. Este proceso consiste en la formación de moléculas orgánicas ricas en energía (carbohidratos), a partir de moléculas inorgánicas simples como el CO2 y H2O, usando como fuente de energía la luz solar. A continuación se presenta la ecuación general del proceso fotosintético.
CO2 + H2O + Luz
FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
Carbohidratos + O2
Ocurre en las membranas tilacoideas de las granas de los cloroplastos. Estas reacciones convierten la energía luminosa en energía química (ATP y NADPH), liberando O2 gaseoso como producto .
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
B) FASE INDEPENDIENTE DE LA LUZ (FASE OSCURA O CICLO DE CALVIN) Ocurre en el estroma del cloroplasto , no es fotodependiente, sin embargo, necesita de los productos de la fase clara. Esta fase consiste en una serie cíclica de reacciones, llamado Ciclo de Calvin, en donde se fijan moléculas de CO2 en una molécula de 5 carbonos denominada ribulosa bifosfato (RuBP) la que actúa como aceptora de éste. La enzima que cataliza esta primera y crucial reacción se llama Ribulosa bifosfato carboxilasa o Rubisco que es la proteína más abundante en los cloroplastos.
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El producto de esta reacción es un intermediario de 6 carbonos tan inestable que inmediata se rompe a la mitad y forma dos 3-fosfogliceratos (3PGA), luego utilizando los electrones del NADPH y la energía del ATP este compuesto se reduce a 3-Fosfogliceraldehído (3PGAL); un azúcar de tres carbonos, parte de este azúcar se reutiliza para formar RuBP y otra parte se utiliza para formar glucosa y otras moléculas orgánicas. En consecuencia este ciclo es anabólico ya que elabora azúcar a partir de moléculas más simples y requiere de energía es decir endergónicas.
RESUMEN DE LAS ETAPAS DE LA FOTOSÍNTESIS
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BIOLOGÍA COMÚN
FOTOSÍNTESIS Y LONGITUD DE ONDA La luz es la fuente de energía del proceso fotosintético. Llega a las plantas en forma de paquetes separados llamados fotones. También se comporta como si se propagara en ondas. Los humanos percibimos la luz visible (400 a 700 nm) como si tuviera colores. Los colores se relacionan con la longitud de onda. Cuando un fotón encuentra una molécula, puede suceder que se refleje (rebote en la molécula) o que se transmita (pase a través de la molécula ),pero en ninguna de estas dos alternativas produce cambios en la molécula ni acarrea alguna consecuencia química. Sin embargo un fotón también puede absorberse (absorbido por la molécula) y es esto ultimo lo que ocurre con la clorofila y otros pigmentos fotosintéticos durante la fase fotodependiente de la luz, es decir, la fotosíntesis utiliza clorofila y pigmentos accesorios para absorber la luz.
¿Por qué vemos las plantas de color verdes? Cuando un haz de luz blanca (luz visible de todas las longitudes de onda), cae en un pigmento, se absorben ciertas longitudes de ondas de luz. Las otras longitudes que se reflejan o transmiten hacen que el pigmento nos parezca coloreado. Por ejemplo, si un pigmento absorbe luz azul y luz roja, como lo hace la clorofila, lo que vemos es la luz remanente, principalmente verde. El espectro de acción es una gráfica en la cual se muestra la eficiencia de la actividad fotosintética en las diversas longitudes de onda de luz. Un espectro de absorción es la gráfica que muestra el grado en que las distintas longitudes de onda de la luz son absorbidas por una sustancia determinada. ¿Por qué el espectro de acción de la fotosíntesis es distinto del espectro de absorción de la clorofila a si este pigmento debe ser excitado para iniciar el proceso fotosintético? Si la clorofila a fuese el único pigmento que participara en la captura de electrones, el espectro de acción debería coincidir con la absorción efectiva de luz (espectro de absorción) sin embargo existe una variedad de pigmentos secundarios que abren la posibilidad de que ocurra fotosíntesis, incluso cuando la clorofila a no absorbe directamente la luz. Otras clorofilas al igual que los pigmentos carotenoides (amarillos–rojo), pueden absorber luz conforme a sus espectros de absorción y transmitir la energía adquirida. Esta es la razón por la que incluso las luces cuyas longitudes de onda corresponden al amarillo y al verde pueden servir para la fotosíntesis a pesar de que son mucho menos eficaces que las luces roja o azul.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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Resumen del proceso de fotosíntesis Lugar donde ocurre
Hechos que ocurren
Sustratos que intervienen
Productos que se obtienen
Fase dependiente de la luz ( fase luminosa)
En la membrana del tilacoide
Se capta la energía y se genera ATP y NADPH+
H2O ADP P1 NADP+
O2 ATP NADPH
Fase independiente de la luz (fase oscura, o ciclo de Calvin)
En el estroma de los cloroplastos
Se emplea el ATP y NADPH+ obtenido en la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas
CO ATP NADPH
CHO ADP NADP
FACTORES QUE AFECTAN LA TASA DE LA FOTOSÍNTESIS A. Intensidad Luminosa. La tasa fotosintética aumenta al aumentar la intensidad lumínica hasta 600 Watts. Sobre este valor, inicialmente se mantiene constante, y luego desciende. B. Temperatura. El proceso es eficiente entre los 10ºC y 35ºC. C. Concentración de CO2. Es el sustrato inorgánico más importante de la fotosíntesis, ya que es la fuente de carbono para la síntesis de moléculas orgánicas.
D. Agua. Esta materia prima es importante ya que no solo aporta electrones y protones sino también, porque participa en todas las reacciones químicas de este proceso. E. Sales minerales. Son necesarias para la síntesis de moléculas orgánicas como la clorofila y para algunos cofactores enzimáticos.
FACTORES QUE INCIDEN EN LA TASA FOTOSINTÉTICA
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BIOLOGÍA COMÚN
DESARROLLE La siguiente ecuación representa la fijación de CO2 en un tipo de organismo autótrofo.
6CO2 + 6H2O
C6H12O6 + X
¿Qué producto representa X en la ecuación?
¿De dónde proviene el producto X?
TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA La Teoría Endosimbiótica propuesta por Margulis explica el origen procarionte de mitocondrias y cloroplastos. Hace aproximadamente 2500 millones de años, la atmósfera habría cambiado su condición, de reductora a oxidante, gracias a las bacterias fotosintéticas, ciertas células procariontes habían comenzado a utilizar este gas en sus procesos de obtención de energía y habían prosperado y proliferado.
Más tarde estos organismos aeróbicos fueron fagocitados por células de mayor tamaño sin que se produjese digestión intracelular. La célula mayor (célula eucarionte precursora), obtuvo los beneficios de huésped “respirador” de oxígeno y este a su vez encuentra protección y nutrientes originando así las mitocondrias, esta relación simbiótica les permitió a los organismos conquistar nuevos ambientes y por el mismo mecanismo algunas de estas asociaciones simbióticas englobaron a bacterias fotosintéticas, originando los cloroplastos. De esta manera se explica el origen de mitocondrias y cloroplastos y se da cuenta de la presencia de sus dobles membranas, del ADN circular, cerrado no asociado a histonas y ribosomas de menor tamaño (similares a los procariontes), como también su capacidad de dividirse.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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ORGANELOS DE UNA MEMBRANA
Este retículo participa en tres funciones principales:
RETÍCULOS ENDOPLASMÁTICOS
1. Síntesis de proteínas de secreción.
Son organelos formados por membrana simple de igual naturaleza que la membrana celular. Existen dos variedades:
3. Colabora con el REL en la fabricación de membranas.
A) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) La mayor parte de su actividad es llevada a cabo por enzimas que se encuentran en sus membranas que son capaces de sintetizar lípidos, fosfolípidos y esteroides, también participa en la inactivación de toxinas. En las células musculares este organelo recibe el nombre de retículo sarcoplásmico el cual almacena ion calcio. B) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER) El término rugoso se refiere a la apariencia de este organelo en las microfotografías electrónicas, como resultado de la presencia de ribosomas en su superficie externa.
2. Glicosilación parcial de proteínas y lípidos.
C) COMPLEJO DE GOLGI También llamado organelo empaquetador y exportador. Las funciones en la que este organelo participa son: 1. Glicosilación de proteínas y de lípidos. 2. Empaquetamiento de ambos tipos de moléculas. 3. Formación de lisosomas y vacuolas de secreción. 4. Formación de la pared celular primaria en células vegetales durante la división celular (fragmoplasto). El sistema de endomembranas formado por la carioteca externa, el REL, el RER y el aparato de Golgi, permiten que el citoplasma sea recorrido por una especie de canales o “carreteras” que facilitan el traslado de diversas sustancias.
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BIOLOGÍA COMÚN
D) LISOSOMAS
F) VACUOLAS
Son los lugares para la degradación de los alimentos y sustancias extrañas captadas por la célula, las cuales ingresan por un proceso denominado fagocitosis, formándose un fagosoma el cual se fusiona con un lisosoma para formar una vacuola digestiva, en el que ocurre la digestión intracelular. Los productos de la digestión salen a través de la membrana del lisosoma y proporciona moléculas de combustible y materias primas para otros procesos celulares. Una vez finalizado este proceso, esta vacuola digestiva que aún contiene partículas no digeridas (residuos) se mueve hacia la membrana plasmática, se fusiona con ella y libera sus contenidos no digeridos al exterior de la célula por exocitosis.
Se les puede considerar como cavidades rodeadas por membranas (tonoplasto) que pueden contener distintas sustancias y por lo tanto prestar diferentes funciones a la célula. Estos organelos son de variados tamaños, por ejemplo, en la célula vegetal ocupan el 90% o más del volumen celular, denominándose vacuola central. Esta gran vacuola resulta de la fusión de membranas provenientes de los retículos o del complejo de Golgi y puede contener sales minerales, almidón, proteínas y pigmentos, todo este conjunto de sustancias le confiere a esta vacuola un carácter hipertónico, es decir con una alta capacidad para atraer agua, lo que en la célula vegetal genera la presión de turgencia.
Los lisosomas también tienen por función eliminar organelos viejos y en general digerir sus propias macromoléculas, proceso denominado autofagia. En este proceso se forma la vacuola autofágica en la cual se digieren las macromoléculas, a moléculas simples que salen del lisosoma a través de su membrana para ser reutilizados en el citoplasma.
En células animales las vacuolas no se requieren para generar turgencia, pues son isotónicas. En organismos protistas, como por ejemplo, el paramecio que vive en ambientes hipotónicos, por lo que ganan agua permanentemente, tienen una vacuola pulsátil que les permite eliminar el exceso de agua de manera activa (incluso ocupándola como mecanismo de propulsión). Otros protistas, como la ameba de vida libre, tienen vacuolas de tipo fagocitaria, de excreción, residual, entre otras.
E) PEROXISOMA Contiene enzimas oxidativas que degradan ácidos grasos (β oxidación), generando peróxido de hidrógeno (H2O2), tóxico para las células. Otra de sus enzimas escinden al peróxido en agua y oxígeno, así no daña la célula. Abundan en las células del hígado donde eliminan sustancias tóxicas como el etanol. Las enzimas de los peroxisomas se sintetizan en ribosomas libres, los fosfolípidos también se importan a los peroxisomas desde el retículo endoplasmáticos liso. La incorporación de proteínas y fosfolípidos permite el crecimiento de los peroxisomas y la formación de nuevos peroxisomas mediante la división de los más viejos (autorreplicación). Retículo Endoplasmático Liso (REL), Retículo Endoplasmático Rugoso (RER), y aparato de Golgi. Se destaca la función de los lisosomas en la fagocitosis y autofagia.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS A) RIBOSOMAS Son estructuras del tipo ribonucleoproteínas, es decir, contienen ácido ribonucleico (ARNr) en un 70% y el restante 30% corresponde a variadas proteínas de pequeño tamaño. Su rol fundamental es ser el lugar donde se unen los aminoácidos en una reacción en serie conocida como síntesis de proteínas o traducción. Se observan en todo tipo de células. En los procariontes están libres en el citoplasma, son de menor tamaño y de distinta composición molecular que los ribosomas eucariontes. Además pueden estar en dos ubicaciones, libres en el citoplasma como también adheridos a la membrana del retículo endoplasmático (RE) y a la membrana nuclear externa.
Esquema de la estructura de un ribosoma. Ambas subunidades son fabricadas por separado, pero sólo una vez ensambladas una sobre la otra tendrán la función de biosíntesis de proteínas o traducción lista para iniciar.
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Las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres permanecen en el citoplasma o son transportadas al núcleo, mitocondrias, cloroplastos o peroxisomas. Por el contrario las proteínas sintetizadas en los ribosomas unidos a la membrana del RE se translocan al interior del retículo endoplasmático y luego son transportadas al aparato de Golgi y de allí a los lisosomas, a la membrana plasmática o al exterior celular mediante vesículas de secreción. Los ribosomas libres y unidos a membranas son estructuralmente idénticos y pueden alternar entre ambas localizaciones según la demanda metabólica. También se encuentran ribosomas en el interior de mitocondrias y cloroplastos.
Los ribosomas de esta imagen están unidos a una molécula de ARN mensajero y forman un polirribosoma. Los ribosomas sintetizan una proteína, indicado por la cadena de aminoácidos.
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B) CITOESQUELETO El citoesqueleto es la base arquitectónica y dinámica de todas las células eucarióticas, por lo tanto, su organización tiene directa influencia en la estructura de los tejidos. Molecularmente, es una compleja asociación entre polímeros proteicos como los microfilamentos, microtúbulos y los filamentos intermedios con un conjunto variable de otras proteínas asociadas.
MICROFILAMENTOS Son polimerizaciones de proteína globular actina y entre las funciones se destacan, dar rigidez a las microvellosidades de las células intestinales; formar o emitir pseudópodos permitiéndole a las células realizar el movimiento ameboideo; también son responsables de los movimientos citoplasmáticos llamados ciclosis; formar, en células animales, un anillo contráctil asociado con miosinas en el tabique interfásico en la citodiéresis y también se encuentran asociados a la miosina en la célula muscular provocando la contracción muscular.
Estructura de un sarcómero. El sarcómero, es la unidad anatómica y fisiológica que permite la contracción y la relajación muscular. Se muestran los microfilamentos proteicos de actina y miosina.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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MICROTÚBULOS Resultan por polimerización de la proteína globular tubulina. Forman la estructura de cilios y flagelos, esenciales en el desplazamiento de protistas unicelulares, gametos y larvas de invertebrados; muy importantes en epitelios del oviducto y de las vías respiratorias; contribuyen en la morfogénesis celulares, sirven como guías por las cuales se transportan proteínas y organelos en el citoplasma celular, formar el huso mitótico a partir del centro celular, por lo tanto, ser responsables de los movimientos de los cromosomas. También estructuran a los centriolos y los cuerpos basales que son las estructuras de anclaje de cilios y flagelos.
Los cilios y flagelos son proyecciones celulares especializadas y móviles de la superficie celular. Se presentan sólo en ciertos tipos celulares, cumpliendo funciones de desplazamiento celular. Cada cilio contiene un núcleo de 20 microtúbulos rodeado por la membrana plasmática. Los microtúbulos se disponen así: dos centrales rodeados por nueve complejos dos microtúbulos fusionados o dobletes. Cada cilio permanece unido a un cuerpo basal que se haya por debajo de la superficie de la membrana plasmática. La estructura de un cuerpo basal es de nueve tripletes de microtúbulos y cumple funciones en el ensamblado tanto de cilios y de flagelos.
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El epitelio ciliado del tracto respiratorio, permite sacar fuera de los pulmones las partículas externas atrapadas en el moco. En la fibrosis quística la densidad anormal de mucosidad no permite el trabajo ciliar y con ello el funcionamiento normal del tracto respiratorio. El movimiento de los cilios también es paralizado por el humo del cigarrillo, por ello los fumadores tosen con frecuencia para eliminar las partículas extrañas de sus vías respiratorias. Las células ciliadas que revisten las trompas uterinas (tubas u oviductos) desplazan al ovocito II, cigoto y embrión temprano hacia el útero. No es de extrañar que las mujeres que fuman tengan mayor riesgo de embarazo ectópico (fuera del útero).
Los flagelos mueven una célula entera, el único ejemplo en el cuerpo humano es la cola de los espermatozoides, que propulsa a éstos hacia su encuentro con el ovocito.
Algunas bacterias son flageladas pero sus flagelos tienen como base estructural una proteína diferente llamada flagelina. La función de los flagelos procariontes es análoga a los eucariontes: Permitir la locomoción y el traslado de la célula.
Algunos protistas unicelulares se distinguen por sus numerosos cilios como el Paramecium. Los cilios se distribuyen regularmente en la superficie celular. Estas estructuras funcionan semejantes a microscópicos “remos” que en masivas cantidades permiten el desplazamiento de estos organismos.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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FILAMENTOS INTERMEDIOS Su nombre deriva de su diámetro, de 10 nm, menor que el de los microtúbulos, de 25 nm, pero mayor que el de los microfilamentos, de 7 nm. Son únicos de las células animales. Están formados por varias proteínas como queratina y vimentina. Son fibrosos. No se polimerizan ni despolimerizan como los microtúbulos y los microfilamentos. Su función es resistir la tensión. Hay diferentes tipos de filamentos intermedios en función a la composición de sus proteínas y su distribución celular.
Son ejemplos de filamentos intermedios, los filamentos de queratina de las células epiteliales, los neurofilamentos que constituyen el citoesqueleto de las neuronas formando haces llamados neurofibrillas dando el soporte estructural y formando vías de transporte hacia y desde el cuerpo celular al axón y los filamentos que componen la lámina de la cara interna de la carioteca.
RESUMEN DE LAS FUNCIONES DEL CITOESQUELETO 1. Participar en el movimiento ameboideo y en la emisión de seudópodos (microfilamentos). 2. Participar en la citodiéresis (microfilamentos). 3. Determinar el movimiento y separación de los cromosomas (husos de microtúbulos). 4. Producir el movimiento de cilios y/o flagelos (microtúbulos). 5. Participar en la contracción muscular (microfilamentos de actina-miosina). 6. En ausencia de pared celular determina la forma y el volumen celular, microtúbulos principalmente. 7. Mantener los organelos en el lugar más adecuado para la célula y movilizarlos de un punto a otro (ciclosis).
INCLUSIONES No son considerados organelos ni estructuras específicas, pues son acúmulos de material de reserva o de sustancias no protoplasmáticas dentro del citosol. Son, generalmente, productos metabólicos de desecho o secreciones en tránsito, entre otras, por ejemplo, como depósitos de sustancias útiles, o sustancias inútiles en camino a exocitosis. Como ejemplo de inclusiones se puede citar a la melanina en el citoplasma de células de la piel (melanocitos), así como otros pigmentos en las células del iris de los ojos; el glucógeno en células musculares e hígado y los triglicéridos en los adipocitos.
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C) CENTRIOLOS El centrosoma en las células animales está localizado cerca del núcleo y lo compone un par de centríolos y el material pericentriolar. Cada centríolo es una estructura cilíndrica compuesta por nueve tripletes de microtúbulos dispuestos en forma circular (igual a la estructura de los cuerpos basales de cilios y flagelos). Los centríolos se orientan perpendicularmente uno con respecto al otro y alrededor de los centriolos se encuentra el material pericentriolar, que contiene cientos de complejos anulares formados por la proteína tubulina. Estos complejos de tubulina constituyen el centro de organización de microtúbulos (COMT), para el crecimiento del huso mitótico, estructura fundamental en la división celular y también en la formación de microtúbulos en las células que no están en división activa.
Previo a la división celular, los centriolos se replican de manera que las siguientes generaciones celulares tengan la capacidad de dividirse al heredar uno de estos complejos por cada célula hija resultante. Se denomina áster a las prolongaciones radiales microtubulares que se forman a partir de los centríolos. Los centrosomas de las células vegetales carecen de centríolos pero de igual forma tienen un huso mitótico bien organizados. Por lo tanto durante la mitosis de una célula vegetal no se observan ásteres en los polos y se denomina anastral, en cambio la mitosis de células animales se denominan astrales.
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AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Organelo Citosol Citoplasma Núcleo Cromatina Nucléolo Mitocondrias Respiración celular Cloroplastos Fotosíntesis Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Complejo de Golgi Lisosomas Proxisomas Ribosomas Citoesqueleto
Sí
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No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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UNIDAD 5 REPRODUCCIÓN CELULAR INTRODUCCIÓN El ciclo celular constituye un conjunto de sucesos que conducen al crecimiento de una célula y su división en dos células hijas, las cuales contienen la misma información genética que la célula de origen. La duración de un ciclo celular es variada y va a depender del tipo de célula. La división celular permite a los individuos unicelulares su reproducción, la que corresponde a una forma de reproducción asexuada, conocida como bipartición (el total de la descendencia corresponde a una multiplicación clonal de las células progenitoras, es decir, forma clones). En cambio, en los organismos pluricelulares, permite el desarrollo del individuo, reparación de lesiones, regeneración de tejidos, crecimiento de órganos y crecimiento del organismo. Durante el ciclo celular se observan cambios en el ADN y en los cromosomas.
CICLO CELULAR O CICLO PROLIFERATIVO CELULAR La duración del ciclo celular varía según el tipo de célula, así como la presencia de factores externos tales como la temperatura y disponibilidad de nutrientes. Las etapas en la que se divide el ciclo son, G1, S, G2 y la fase M o división celular. Aquellas células que no se están dividiendo (reposo proliferativo), por ejemplo neuronas, se encuentran en un estado llamado G0, que no forma parte del ciclo celular. El ciclo celular se puede dividir en dos periodos o fases: • Interfase (incluye a G1, S y G2). • División celular (fase M).
CONCEPTOS CLAVE Ciclo celular Mitosis Duplicación del ADN Ploidía Cariotipo Cromosoma Cromátida
Cáncer Metástasis Meiosis Variabilidad genética Gametogénesis Mutaciones cromosómicas Aneuploidías
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Esta última, incluye a dos diferentes estados: la mitosis (división nuclear) y la citocinesis (división citoplasmática) y en las células germinales M corresponde a meiosis. Las células eucariotas, tanto las animales como las vegetales, presentan distinta capacidad de división. Las células que se encuentran en el ciclo celular se llaman células proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes.
PLOIDÍA Si se preguntara ¿cuántos cromosomas se observan en una célula humana de mujer en metafase?, la respuesta sería 46, lo cual no sería sorpresa. Pero, si la pregunta fuera, ¿cuántos cromosomas diferentes podemos encontrar en aquella célula?, la respuesta sería otra, en este caso 23. ¿POR QUÉ DOS RESPUESTAS DISTINTAS? Para entender esto, es necesario tener en cuenta que la célula humana lleva duplicada su información genética, es decir, sus cromosomas están literalmente repetidos. Portamos para cada tipo de cromosomas dos unidades, una materna y otra paterna (cromosomas homólogos). En general los dos cromosomas de un par homologo se parecen en su estructura y tamaño y cada uno contiene información genética para el mismo conjunto de características hereditarias. Por ejemplo, si un gen de un cromosoma particular codifica una característica como el color del cabello otro gen denominado alelo en la misma posición (locus), en su cromosoma homólogo también codifica el color del cabello, sin embargo, no es necesario que los alelos sean idénticos: uno puede determinar el cabello negro y el otro alelo el cabello rubio. Así entonces, si una célula posee doble información genética es diploide (2n).
Esquema del ciclo celular.
CANTIDAD DE ADN Para denominar la cantidad de ADN en la célula en un momento dado, se utiliza el número índice c, aplicándose de la siguiente manera: 2c. Corresponde a la cantidad de ADN que posee una célula diploide 2n con sus cromosomas simples. En la célula humana corresponde a 46 cromosomas de una cromátida. 4c. Corresponde a la cantidad de ADN que posee una célula diploide (2n) con sus cromosomas duplicados. En la célula humana corresponde a 46 cromosomas de dos cromátidas. c. Corresponde a la cantidad de ADN que posee una célula haploide con sus cromosomas simples. En la célula humana corresponde al espermatozoide que posee 23 cromosomas de una cromátida. Nota: La cantidad de ADN de una célula haploide con sus cromosomas duplicados tiene un valor de 2c. En la célula humana esta lo posee un ovocito II o un espermatocito II que tienen 23 cromosomas de 2 cromátidas.
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Un organismo diploide posee dos alelos ubicados en diferentes cromosomas homólogos.
CARIOTIPO Para estudiar la constitución cromosómica de un individuo, y, por extensión, la de la especie a la cual pertenece, se fotografían cromosomas a partir de células detenidas en metafase, los cromosomas metafásicos se ordenan de mayor a menor tamaño en parejas de homólogos.
Luego se usa un segundo criterio que corresponde a la ubicación del centrómero y finalmente los pares homólogos se enumeran, en este ejemplo, del 1 al 22 los pares de cromosomas autosómicos y sin numerar el par sexual. Este ordenamiento se denomina cariotipo.
CARIOTIPO DE LA ESPECIE HUMANA
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INTERFASE Este periodo se caracteriza por presentar gran actividad metabólica, los genes están replicándose, se produce la duplicación del ADN y proteínas asociadas. Durante ella se observa el material genético disperso por el núcleo de la célula, constituyendo la cromatina. Como se indicó anteriormente, comprende las fases G1, S y G2.
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Cuando un tejido ya no requiere de más células, éstas ingresan a un estado denominado G0, en el cual abandonan el ciclo celular y entran en un periodo de latencia o de reposo proliferativo, donde las células no vuelven a dividirse. Esto no significa que la célula queda inactiva, sino que por el contrario, presentan un metabolismo activo que les permite, por ejemplo, diferenciarse.
Tabla 1. Etapas de la Interfase. Etapas
Características
Material Genético
Tiempo Duración
G1 GAP 1 o Intervalo 1
Periodo de actividad metabólica intensa. La célula aumenta de tamaño y sus ribosomas, mitocondrias y enzimas, así como otras moléculas y estructuras son sintetizadas “de novo”. No hay síntesis de ADN, pero sí, puede haber reparación del ADN dañado.
Las fibras de cromatina son simples y se le asocia el valor 2c
Algunas horas (6 a 12), meses o años, aunque en estos dos últimos casos se puede considerar en fase G0.
S “Síntesis”
Duplicación del ADN. Se forman dos copias idénticas del ADN. Se inicia duplicación de centriolos.
Al final de la etapa se le asigna el valor 4c.
Entre 6 y 8 horas.
Valor 4c.
Entre 3 y 5 horas.
G2 GAP 2 o Intervalo 2
Reparación del ADN dañado. Comienza la síntesis de proteínas necesarias para la condensación de la cromatina, la cual inicia lentamente su enrollamiento y compactación quedando como heterocromatina. Esto provocará la aparición de los cromosomas (46 en los humanos), que va a permitir la separación del material genético de las células en la mitosis y en la meiosis. Además, en las células animales se completa la duplicación del par de centriolos y se inicia el ensamblaje de la estructura del huso mitótico sobre el cual se organizarán los cromosomas.
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MITOSIS Tabla 2. Etapas de la mitosis Etapas Mitosis
Características Inicialmente el material genético se encuentra como heterocromatina y comienzan a completar su condensación. Se visualiza el nucléolo. La célula puede contener un par de centriolos duplicados (o centros de organización de microtúbulos en vegetales). Se inicia la organización de cromosomas que se aprecian con las dos cromátidas constituyentes, denominadas cromátidas hermanas, unidas por el centrómero.
Profase
El nucléolo desaparece progresivamente. Los centriolos comienzan a desplazarse a los polos de la célula y algunas fibras comienzan a extenderse desde los centrómeros. Hacia el final de la profase la membrana nuclear desaparece completamente y el citoesqueleto, que mantiene la arquitectura interna de la célula se disgrega. Alrededor de cada centrómero aparecen los cinetocoros, estructuras proteicas de anclaje para las fibras del huso mitótico. Los centrosomas alcanzan los extremos polares y los cromosomas se ubican al azar en el citoplasma, conectándose a los polos a través de las fibras cinetocóricas del huso mitótico. Esto marca el fin de la profase.
Metafase
Con las fibras del huso unidas al cinetocoro (proteínas que se ubican en la zona del centrómero), los cromosomas pueden ser trasladados. Las fibras del huso son contráctiles y los movimientos cromosomales son el producto de esta tensión, que irradian en direcciones opuestas del cromosoma. Los cromosomas son alineados a lo largo del plano ecuatorial celular. Al alcanzar el ecuador se forma la placa ecuatorial y termina la metafase.
Anafase
Los cromosomas dobles se dividen, separando sus cromátidas hermanas. Esto origina en un momento 92 cromosomas simples en la especie humana, los cuales se mueven en sentido opuesto hacia los polos. El resultado final de este proceso es la presencia de 46 cromosomas simples en las inmediaciones de cada centriolo. Este punto marca el fin de la anafase. Aunque esta etapa es constante, puede ocurrir algún error y la separación de un cromosoma puede no ser efectiva o en forma parcial, dando origen a la modificación del cariotipo de los individuos.
Telofase
Ocurre la reconstrucción de los núcleos. Cuando las cromátidas llegan a los polos opuestos de la célula, ya han desaparecido las fibras cinetocóricas. Las fibras polares del huso elongan la célula. Nuevas membranas se forman alrededor de ellos formando 2 núcleos hijos, uno en cada polo. Los cromosomas se descondensan y ya no son visibles bajo el microscopio óptico. Se reorganiza el nucléolo en cada núcleo. Las fibras del huso se desagregan. En este momento se observa una célula con dos núcleos, y la citocinesis puede comenzar. Cuando la citocinesis no ocurre, da a lugar a células binucleadas.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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CITOCINESIS O CITODIÉRESIS La célula tiene dos núcleos y lo usual es que éstos se separen con parte del citoplasma de la célula madre para formar células individuales con una distribución de organelos más o menos equitativa, y que asegure su supervivencia. La mayoría de las separaciones tienen que ser dinámicas. Esta etapa se conoce por citocinesis, citoquinesis o citodiéresis. Esta difiere en células animales y vegetales.
Citocinesis
En células animales se agrupan filamentos de actina y miosina en el ecuador de la célula constituyendo un anillo contráctil comenzando a angostarse en ese mismo plano provocando un estrangulamiento que origina dos células hijas. Con participación del citoesqueleto, varios organelos se mueven a posiciones opuestas y quedan en situación óptima para el funcionamiento futuro. El tabique de separación se forma desde fuera hacia dentro de la célula (centrípeta). En las células vegetales, el tabique que se comienza a formar en la telofase, en la placa ecuatorial, resulta de la acumulación de vesículas procedentes del Aparato de Golgi. Estas vesículas, están cargadas con los componentes de la futura pared celular. Contienen celulosa no ordenada ni estratificada, asociándose con los microtúbulos residuales del huso mitótico. Estos comienzan a fusionarse desde el centro hacia la periferia de la célula, formándose un tabique o fragmoplasto, en sentido centrífugo.
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CÁNCER Las células normales solo se reproducen cuando reciben instrucción para hacerlo y se mantienen ancladas o adheridas a las células vecinas. La sobrevida y reproducción dependen de esta adhesión, si no la hay, la célula deja de crecer y dividirse. En este último caso, se inicia un proceso que lleva a la célula a un suicidio, fenómeno conocido como apoptosis o muerte celular programada. Muchos procesos fisiológicos normales incluyen o utilizan la apoptosis, entre ellos el desarrollo embrionario, la homeostasis celular y la respuesta inmune. Sin embargo, cuando fallan los mecanismos de control no se logra inducir la apoptosis, dejando a las células alteradas habilitadas para poder continuar dividiéndose, lo que genera la formación de tumores neoplásicos y eventualmente cáncer.
El cáncer puede definirse como un crecimiento tisular producido por la proliferación continua de células anormales (neoplasia) con capacidad de invasión y destrucción de otros tejidos Las células cancerosas tienen propiedades que las caracterizan: • Siguen ciclos de reproducción, haciéndose indiferente a los controles que regulan la cantidad de células que deberían existir en los tejidos. • A diferencia de las células normales, las células cancerosas pueden dividirse sin límites, en este sentido se dice que son “inmortales”. • Tienen la propiedad de migrar del sitio en que se originaron e invadir agresivamente otros tejidos, formando en ellos colonias o masas tumorales, proceso llamado Casi todos los cánceres forman tumores, pero no todos los tumores son cancerosos o malignos; la mayor parte son benignos (no ponen en peligro la salud).
Secuencia de eventos en el desarrollo de carcinogénesis, diagnóstico y tratamiento (terapia).
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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CAUSAS DEL CÁNCER Están los factores hereditarios y los ambientales. Menos del 20% de los cánceres son de causa hereditaria y casi un 80% de esta patología son por causa ambiental (virus, radiaciones, alimentaria). A continuación se presenta una tabla que resume los factores causantes del cáncer. Tabla 3. Causas del cáncer. Factores
Hereditarios
Características En algunos, la fragilidad intrínseca cromosómica conlleva un riesgo elevado de cáncer. Algunas formas de cáncer son de mayor frecuencia familiar, como por ejemplo, el cáncer de mama. El cáncer de colon es más frecuente en las familias con tendencia a presentar pólipos de colon.
Virales. Los virus oncogénicos pueden insertar sus genes en diferentes lugares del genoma animal. Un oncogén viral se inserta en conexión con un oncogén celular, influye en su expresión e induce cáncer. Los oncogenes tienen una localización dentro del cromosoma próximos a los puntos frágiles o puntos de ruptura. En el humano, el virus de Epstein-Barr se asocia con el linfoma de Burkitt y los linfoepiteliomas. El virus de la hepatitis con el hepatocarcinoma, y el virus herpes tipo II, virus del herpes genital y virus papiloma humano con el carcinoma de cérvix. Todos estos virus asociados a tumores humanos son del tipo ADN. Radiaciones. Las radiaciones ionizantes producen cambios en el ADN, como roturas o trasposiciones cromosómicas. Actúa como iniciador de la carcinogénesis, induciendo alteraciones que progresan hasta convertirse en cáncer después de un periodo de latencia de varios años.
Ambientales
Productos Químicos. Algunos actúan como iniciadores. Los iniciadores producen cambios irreversibles en el ADN. Otros son promotores, no producen alteraciones en el ADN, pero sí un incremento de su síntesis y una estimulación de la expresión de los genes. Su acción solo tiene efecto cuando ha actuado previamente un iniciador, y cuando actúan de forma repetida. El humo del tabaco, por ejemplo, contiene muchos productos químicos iniciadores y promotores. El alcohol es también un importante promotor. Los carcinógenos químicos producen también roturas y translocaciones cromosómicas. El humo de tabaco, inhalado de forma activa o pasiva. Es responsable de cerca del 30% de las muertes por cáncer. Inmunes. Algunas enfermedades o procesos que conducen a una situación de déficit del sistema inmunológico son la causa del desarrollo de algunos cánceres. Esto sucede en el SIDA, enfermedades deficitarias del sistema inmunológico congénitas, o debido a la administración de fármacos inmunodepresores. Alimentarios. Dieta con un alto contenido en grasas saturadas y pobre en fibra, es decir, en frutas y verduras puede ser responsable del 40% de los casos de cáncer.
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MEIOSIS SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA MEIOSIS Un núcleo diploide contiene dos versiones de cada uno de los cromosomas, uno que proviene del padre (cromosoma paterno) y otro de la madre (cromosoma materno). En humanos hay 46 cromosomas, de los cuales 22 pares son autosómicos y un par sexual. Estas dos versiones constituyen un par de cromosomas homólogos y en la mayoría de las células mantienen una existencia completamente independiente, constituyendo cromosomas separados. Cuando cada cromosoma es duplicado por replicación del ADN (período S del ciclo celular) las copias gemelas de cada cromosoma se mantienen al principio estrechamente asociadas y son denominadas cromátidas hermanas.
La meiosis tiene como objetivo reducir el número de cromosomas, establecer reestructuraciones en los cromosomas homólogos, mediante intercambios de material genético y, finalmente, está directamente relacionada con la reproducción sexual y, por consecuencia, en la supervivencia y evolución de las especies. En una división nuclear mitótica, cada cromátida se separa de su hermana en anafase y se convierte en un cromosoma individual, por lo que cada una de las dos células hijas recibirá una copia de cada cromosoma paterno y otra de cada cromosoma materno. En contraste, la meiosis es un mecanismo de división nuclear que permite la obtención de células haploides (n), a partir de células diploides (2n) con diferentes combinaciones alélicas, lo cual es fundamental para comprender la reproducción sexuada. Un gameto haploide, producido por una división meiótica, posee la mitad del número original de cromosomas (solo un cromosoma en lugar de un par de cromosomas homólogos).
MECANISMO DE LA MEIOSIS La meiosis consta de dos divisiones sucesivas tanto nucleares como de la célula, con una única replicación del ADN. El producto final, en términos generales, es de cuatro células haploides poseedoras de un solo set de cromosomas (n), todos ellos no homólogos entre sí.
ESQUEMA GENERAL DE LA MEIOSIS
Meiosis y Reproducción sexual
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ENTRECRUZAMIENTO (CROSSING-OVER) El número de variantes gaméticas puede aumentar significativamente como consecuencia de un tipo de recombinación génica denominado entrecruzamiento, que ocurre durante la profase de la primera división meiótica. En este caso, se intercambian partes entre los cromosomas homólogos. En promedio, ocurren dos a tres entrecruzamientos en cada par de cromosomas humanos durante la meiosis. El proceso de entrecruzamiento implica la ruptura del ADN de una cromátida paterna y lo propio en la zona equivalente de una cromátida materna, con el consiguiente intercambio de fragmentos de una cromátida a otra. Las consecuencias del entrecruzamiento pueden ser observadas citológicamente ya en la profase de la primera división meiótica las cromátidas hijas están estrechamente unidas en toda su extensión formando los bivalentes y los cromosomas homólogos duplicados (materno y paterno) pueden verse físicamente conectados en puntos específicos denominados quiasmas, correspondientes al sitio en el que se produjo el entrecruzamiento de dos cromátidas no hermanas, cada una perteneciente a cada cromosoma homólogo. En este estadio de la meiosis, cada par de cromosomas homólogos duplicados, o bivalente, posee al menos un quiasma. Muchos bivalentes contienen más un quiasma, indicando que pueden ocurrir múltiples entrecruzamientos entre homólogos.
ENTRECRUZAMIENTO O CROSSING-OVER
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METAFASE I Los bivalentes se disponen sobre el plano ecuatorial de la célula, pero lo hacen de tal forma que los dos cinetocoros que tiene cada homólogo se orientan hacia el mismo polo, y en el otro cromosoma ocurre lo mismo, pero orientados al polo opuesto.
PERMUTACIÓN CROMOSÓMICA La recombinación génica es consecuencia de la distribución aleatoria (al azar) de los cromosomas homólogos maternos y paternos entre las células hijas de la división I de la meiosis (permutación cromosómica). Simplemente por este proceso de separación al azar de los homólogos uno puede obtener 2n distribuciones distintas, siendo n el número haploide de cromosomas: así, para la especie humana cada individuo podrá producir 223 = 8,4 x 106 gametos diferentes. Es importante hacer notar que es durante la profase I donde ocurre el evento de variabilidad genética más importante, el entrecruzamiento entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos (cromátidas homólogas), el cual es potenciado por la permutación cromosómica que ocurre en Metafase I.
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ANAFASE I
INTERCINESIS
Los cromosomas solo presentan un centrómero para las dos cromátidas. Debido a esto, se separan a polos opuestos cromosomas completos con sus dos cromátidas. No se separan las cromátidas, sino los cromosomas duplicados. Esta disyunción o separación de los cromosomas da lugar a una reducción cromosómica. Como consecuencia, desaparecen los quiasmas. La distribución al azar de los cromosomas es una de las fuentes de variabilidad, ya que pueden producirse como consecuencia de este proceso una gran cantidad de gametos.
Puede ser variable en su duración, incluso puede faltar por completo de manera que tras la telofase I se inicia sin interrupción la segunda división. En cualquier caso, nunca hay síntesis de ADN.
SEPARACIÓN DE CROMOSOMAS HOMÓLOGOS
TELOFASE I Origina dos células hijas cuyos núcleos tienen cada uno n cromosomas con dos cromátidas hermanas cada uno.
Etapas de la meiosis I, metafase I con la permutación y anafase I migración de cromosomas homólogos.
SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA (MEIOSIS II) En todo sentido puede interpretarse como una mitosis normal en la que las células al dividirse son haploides. Durante la segunda división meiótica, Las cromátidas hermanas se separan durante anafase II. Surgen así dos células haploides (n/c) por cada célula que se divide.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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GAMETOGÉNESIS Proceso que ocurre en las gónadas a través del cual se forman los gametos, células haploides especializadas en la reproducción. Comprende tres grandes etapas. La primera etapa es de proliferación de las CPG (células primordiales germinales), células diploides (2n) las que a través de mitosis sucesivas aumentan en número, dando origen a los gonios, los que a su vez continúan dividiéndose por mitosis. Continúa una etapa de crecimiento en la cual los gonios duplican el ADN y aumentan de tamaño originando a los citos primarios. Finalmente en la etapa de maduración o meiosis, los citos primarios generan a las espermátidas y a ovocito, células haploides (n). La formación de gametos masculinos se denomina espermatogénesis y la de los gametos femeninos ovogénesis.
¿Qué proceso viene después de ocurrir lo que presenta la microfotografía?
La espermatogénesis ocurre en los testículos a partir de las espermatogonias, células diploides (2n). Estas células se multiplican repetidamente por mitosis (fase de multiplicación o proliferación), después aumentan de tamaño y se transforman en espermatocitos primarios (fase de crecimiento). Cada uno de ellos, tras la primera división meiótica, se transforman en espermatocitos secundarios (haploides), y en la segunda división meiótica, se forman las espermátidas. Estas espermátidas sufren una serie de transformaciones morfológicas convirtiéndose en espermatozoides, proceso conocido como espermiohistogénesis. La ovogénesis humana conduce a la formación de ovocitos II en los ovarios a partir de las ovogonias (2n), y si ocurre fecundación, el ovocito II completa su meiosis II.
Las ovogonias pasan por una fase de proliferación y de crecimiento transformándose en ovocitos I. Estos, en la fase de maduración, tras la primera división de la meiosis se transforman en dos células de distinto tamaño, una grande, ovocito II, y otra pequeña, primer corpúsculo polar o polocito I. El ovocito II experimenta la segunda división meiótica al momento de la fecundación, originando un óvulo y un corpúsculo polar o polocito II. La ovogénesis y la espermatogénesis tienen algunas diferencias en cuanto a la duración de las etapas, distribución de citoplasma de las células hijas y a la modificación de éstas, pero tienen etapas similares, como es posible de analizar en la imagen siguiente y en la tabla 4, en la que se hace un paralelo entre la gametogénesis femenina y masculina.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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Tabla 4. Paralelo entre la Gametogénesis Femenina y Masculina. Etapas de la Gametogénesis
Ovogénesis
Espermatogénesis
Proliferación (Mitosis)
Ocurre solamente en la etapa embrionaria. En esta etapa las células primordiales germinales (CPG) se dividen por mitosis dando origen a los ovogonios (2n 2c).
Comienza en la etapa embrionaria pero se detiene, para continuar en la pubertad. En esta etapa las CPG se dividen por mitosis dando dan origen a los espermatogonios (2n 2c).
Crecimiento (G1-S-G2)
Ocurre solamente en la etapa embrionaria. En esta etapa los ovogonios crecen, aumentan de tamaño y duplican su material genético transformándose en ovocitos I (2n 4c).
Comienza en la pubertad. En esta etapa los espermatogonios crecen, aumentan de tamaño y duplican su material genético transformándose en espermatocitos I (2n 4c).
La primera parte de la meiosis ocurre en la etapa embrionaria, quedando los ovocitos I detenidos en profase I, permaneciendo así muchos años (desde aproximadamente 10 hasta 45 o 60 años) que es más o menos el tiempo que puede transcurrir para que por efecto hormonal, se reinicie la Meiosis en cada ciclo ovárico.
Comienza en la pubertad y es un proceso continuo durante el resto de la vida del varón. Su duración es de solo semanas (6 a 8 semanas).
Maduración (Meiosis)
Al interior del ovario el ovocito I diploide completa la meiosis I produciendo dos células haploides de desigual tamaño la mas pequeña se denomina polocito I o primer corpúsculo polar; célula útil solo para la reducción cromosómica, rara vez se divide y en su mayoría degenera. La célula de mayor tamaño llamada ovocito II, la cual tiene la mayor cantidad de citoplasma, es la que inicia la Meiosis II pero se detiene en la etapa de Metafase II, por lo que en cada ovulación la mujer da origen a un ovocito II (n 2c) (detenido en Metafase II) y un polocito (n y 2c). La segunda división meiótica del ovocito II solo finaliza cuando hay fecundación dando por resultado un único gameto llamado óvulo (n c).
La primera división meiótica da por resultado dos células hijas llamadas espermatocitos II (n 2c), luego estas células experimentan su segunda división meiótica y originan 4 células haploides de pequeño tamaño, denominadas espermátidas (n c). Por lo tanto la Meiosis en el varón termina con la formación de las espermátidas. Finalmente las espermátidas experimentan un cuarto proceso, posterior a la Meiosis, llamado Espermiohistogénesis, el cual consiste en un cambio morfológico, para transformar a las espermátidas en espermatozoides (n c).
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BIOLOGÍA COMÚN
Espermatogénesis humana
Ovogénesis humana
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
MUTACIONES CROMOSÓMICAS En algunas ocasiones ocurren cambios que pueden afectar el número de cromosomas o su estructura, tales alteraciones son clasificadas como mutaciones numéricas y mutaciones estructurales. A veces estas alteraciones pueden provocar consecuencias perjudiciales a los individuos, alterando su viabilidad o su fertilidad. También puede ocurrir, que los cambios cromosómicos se mantengan como parte de la variabilidad genética entre los organismos, contribuyendo al cambio evolutivo y al origen de nuevas especies.
MUTACIONES NUMÉRICAS ANEUPLOIDÍAS Implican el déficit o el exceso de uno o más cromosomas. La condición disómica normal es tener un par de cromosomas homólogos de cada tipo (44+XX o 44+XY). Si se tiene un cromosoma extra en un par se denomina trisomía, la más frecuente es la trisomía para el cromosoma 21 que da lugar al síndrome de Down.
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Si carece de un miembro del par cromosómico se denominan monosomías, las cuales son generalmente letales. En la especie humana, la única viable es la monosomía para el cromosoma X y da lugar a un síndrome genético llamado síndrome de Turner. Las mujeres con síndrome de Turner tienen ciertos rasgos fenotipicos característicos (talla baja, cuello corto, gónadas rudimentarias, ausencia de menstruación) y son estériles. La frecuencia del síndrome de Turner es de 1 a 2% del total de las concepciones humanas, aunque la mayoría de los embriones se pierde como aborto espontáneo. En este solo tiene un cromosoma X pero tienen normales los cromosomas autosómicos (44+X).Otros ejemplos son el cariotipo XYY (Varón anormalmente alto con acné intenso, tendencia al retardo mental ligero) o cariotipo XXX (mujeres bastante normales, por lo común infértiles), y en los varones síndrome de Klinefelter (44+XXY) los cuales son estériles y sin desarrollo sexual secundario. Estas alteraciones suelen ser la consecuencia de una división meiótica o mitótica alterada, en la cual los cromosomas no se separan en la anafase, es decir, no hay disyunción. En la meiosis, la no disyunción cromosómica puede ocurrir en la primera o segunda división meiótica o en ambas.
Los individuos afectados poseen 47 cromosomas, es decir, tienen un cromosoma extra pero del tipo autosómicos (45+XX o 45+XY). La frecuencia del síndrome de Down en la población es de aproximadamente 1 de cada 800 nacimientos. Las personas afectadas presentan grados variables de retardo mental, corta estatura y deformidades cardíacas. Otros ejemplos son el síndrome de Patau o trisomía 13 (defectos múltiples y la muerte a la edad de uno a tres meses) o el síndrome de Edwards o trisomía 18 (deformaciones del oído, defectos cardíacos, espasticidad, otras lesiones, muerte a la edad de un año).
Cariotipo de Síndrome de Turner (45, X0)
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BIOLOGÍA COMÚN
DESARROLLE 1. Para cada uno de los siguientes cariotipos de células humanas indique el sexo del individuo, el tipo de aneuploidía, si ésta se presenta en los cromosomas autosómicos o sexuales, y el nombre del síndrome que padecen las personas que portan estas aneuploidías.
CAPÍTULO I: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR
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POLIPLOIDÍAS
MUTACIONES ESTRUCTURALES
Los individuos que sufren estas mutaciones poseen un número de cromosomas múltiplo del número normal.
Corresponden a rupturas que sufren espontáneamente los cromosomas y como consecuencia de ello, se pierden o intercambian fragmentos entre cromosomas homólogos y/o no homólogos. Esto origina cambios en el orden de los genes y patrones hereditarios alterados. Dentro de estas mutaciones se encuentran:
Las poliploidías se producen espontáneamente durante la reproducción de los seres vivos. Este fenómeno se observa principalmente en plantas donde es un proceso importante en la especiación. El 47% de las plantas con flores (angiospermas) actuales son poliploides. La diferencia con la aneuploidía es que aquí se trata de juegos cromosómicos extras, por lo que a partir de un individuo diploide (2n) pueden generarse, por ejemplo, descendientes triploides, tetraploides o hexaploides (3n, 4n, 6n).
Duplicación. Un segmento cromosómico se “repite” a continuación del fragmento original. Deleción. Se “pierde” un segmento completo del cromosoma. Si la deleción es muy grande los organismos suelen ser no viables. Translocación. Lo más frecuente es que se “transfieran” o “intercambien” porciones entre cromosomas no homólogos (reciproca) o solamente un cromosoma transfiere un fragmento sin recibir ninguno (no reciprocas). Inversión. Un segmento cromosómico “gira” en 180º y luego se reincorpora al mismo cromosoma.
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BIOLOGÍA COMÚN
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Ciclo celular Mitosis Duplicación del ADN Ploidía Cariotipo Cromosoma Cromátida Cáncer Metástasis Meiosis Variabilidad genética Gametogénesis Mutaciones cromosómicas Aneuploidías
Sí
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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CAPÍTULO II
ORGANISMO Y AMBIENTE
• • • •
Unidad 1: Ecología de las poblaciones Unidad 2: Ecología de las comunidades Unidad 3: Flujo de energía y materia en los ecosistemas Unidad 4: Impacto humano en los ecosistemas y biodiversidad
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BIOLOGÍA COMÚN
INTRODUCCIÓN La ecología es la especialidad científica que se ocupa del estudio de las interrelaciones entre los organismos y sus ambientes, y por tanto de los factores físicos, químicos y biológicos que influyen en estas relaciones.
El término ecología proviene del griego oikos ‘casa’ y logos ‘ciencia o tratado’, o sea, que el propio nombre de la ecología es un enunciado de principios, pues llama a considerar el planeta como el hogar que todos debemos cuidar y compartir. Este término fue propuesto por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1869. En el plano ecológico los niveles de organización biológica son: organismo, población, comunidad, ecosistema, bioma y biósfera. El ecólogo estudia relaciones y problemas entre los distintos organismos para dilucidar, por ejemplo, quién depreda a quién, quién desempeña un papel en la propagación y dispersión de quién y cómo fluye la energía en la cadena alimentaria. También trata de definir y analizar aquellas características de las poblaciones distintas de las características de los individuos y los factores que determinan la agrupación de poblaciones en comunidades.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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UNIDAD 1 ECOLOGÍA DE LAS POBLACIONES Los diferentes tipos de organismos que habitan en un bosque se integran en poblaciones. El término población tiene muchos usos y significados diferentes en otras disciplinas. En ecología, una población es un grupo de individuos que pueden (potencialmente) reproducirse entre sí, y que coexisten en el espacio y en el tiempo. Esta definición implica que los individuos que constituyen la población pertenecen a la misma especie.
CONCEPTOS CLAVE Población
Crecimiento exponencial
Densidad
Crecimiento sigmoideo
Factores denso independientes Factores denso dependientes Distribución espacial Crecimiento poblacional
Curvas de sobrevivencia Crecimiento de población humana Estructura etaria
El hábitat es el lugar donde vive una especie, y el nicho ecológico es una descripción completa de la ecología de la especie (dónde, cuándo y cómo vive). Las poblaciones de plantas y animales del ecosistema no funcionan de forma independiente. Algunas poblaciones compiten con otras por recursos limitados, tales como el alimento, el agua o el espacio. En otros casos, una población es el recurso alimentario de otra. Dos poblaciones pueden beneficiarse mutuamente, cada una de ellas funcionando mejor en presencia de la otra. Todas las poblaciones de un ecosistema se relacionan con las demás, y en su conjunto constituyen una comunidad o biocenosis. La comunidad y el ambiente físico o biotopo constituyen el ecosistema. Ahora podemos apreciar que el ecosistema tiene muchos niveles. En su primer nivel, los organismos individuales, incluyendo el humano, reaccionan frente al ambiente físicoquímico e influye sobre el mismo. En el siguiente nivel, los individuos de la misma especie forman poblaciones que se pueden describir en términos de abundancia, tasa de crecimiento y distribución por edades. En un nivel posterior, los individuos de estas poblaciones interactúan entre sí y con los de otras poblaciones para formar una comunidad.
La ecología de poblaciones representa el estudio de éstas en relación con el medio ambiente y abarca las influencias ambientales sobre la densidad, la distribución espacial y etaria, así como también, las variaciones en el tamaño de las mismas.
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BIOLOGÍA COMÚN
DENSIDAD Y DISTRIBUCIÓN ESPACIAL DE LAS POBLACIONES
También los diversos ambientes varían en la densidad de población de cualquier especie que pueden mantener. Esta densidad también puede variar en un solo hábitat de estación en estación o de año en año, ya que la densidad de una población puede ser determinada, en gran parte, por factores bióticos o abióticos en el ambiente que son externos a los individuos en la población.
DENSIDAD
RESPONDA
La densidad poblacional es la cantidad de individuos por unidad de superficie o volumen, por ejemplo, la cantidad de robles por kilómetro cuadrado en la provincia de Valdivia o de bacterias Escherichia coli por mililitro de cultivo líquido en un tubo de ensayo.
Densidad =
Nº de individuos Unidad de Superficie o volumen
Los ecólogos usan técnicas de muestreo para calcular la densidad y el tamaño de la población. Por ejemplo, se podría contar la cantidad de robles en varias áreas de 100m por 100m (10000 m2 o 1 hectárea) determinadas al azar (muestras). Se calcula la densidad promedio de aquellas y se extrapola este valor para calcular la densidad y el tamaño de la población para toda la zona en estudio. También se utilizan otras técnicas como la de muestreo por cuadrantes o por marcaje y recaptura. La densidad de una población es una propiedad dinámica ya que es el resultado de procesos que la aumentan como la natalidad y la inmigración, y otros procesos que la disminuyen como la mortalidad y la emigración. Es destacable mencionar que la densidad de una población no implica cantidad de individuos, ya que es una relación que hay entre cantidad de individuos presentes y el área de superficie o volumen en que habitan.
1. Se contabilizan 20 conejos en 5 Km 2 y 4000 venados en 1000 Km2. ¿Cuál es la densidad de la población de conejos y de venados?
FLUCTUACIÓN DEL TAMAÑO POBLACIONAL Entre las influencias que afectan el tamaño y la densidad de una población hay factores limitantes específicos, que difieren en las distintas poblaciones. De importancia crítica es el rango de tolerancia que muestran los organismos hacia factores tales como luz, temperatura, agua disponible, salinidad, espacio para nidificación y escasez o exceso de nutrientes necesarios. Si cualquier requerimiento esencial es escaso, o cualquier característica del ambiente es demasiado extrema, no es posible que la población crezca, aunque todas las otras necesidades estén satisfechas. La distribución de una especie puede trazarse en un gráfico que represente la frecuencia con que se encuentran los individuos de las especies bajo una gama de factores medioambientales. Estos gráficos muestran zonas de estrés y límites de la tolerancia, que son modelos que tratan de reflejar el mundo real, pero si no se dispone de datos completos para una especie dada, tales modelos siguen siendo representaciones globales de la realidad. Por lo general, se muestran mediante curvas con forma de campana (aunque, en realidad, la distribución de muchas especies puede estar sesgada hacia un área de tolerancia preferida).
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
La zona óptima de tolerancia, la parte central de la campana, tiene condiciones que favorecen la máxima adecuación, es decir, el éxito reproductivo, el crecimiento, la abundancia y la supervivencia.
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CONTESTE El siguiente esquema representan la tolerancia a la salinidad de cuatro especies (A, B, C y D).
A cada lado de la zona óptima se encuentran las zonas de estrés, donde se hallan menos individuos y la supervivencia es menor. Los organismos son incapaces de reproducirse en zonas de estrés. Más allá de los límites críticos mínimos y máximos de los factores ambientales, los organismos no pueden existir; estas se conocen como zonas de intolerancia. Existen límites de tolerancia para todos los factores ambientales importantes. Para algunas especies, un factor puede ser el más importante en la regulación de una distribución y abundancia de ellas, pero en general, para afectar a la distribución de las especies, interactúan muchos factores Se utiliza el prefijo euri para referirse a una cualidad de amplio rango de tolerancia y el prefijo esteno para una cualidad de estrecho rango, por ejemplo, estenotermos, eurihalinos, etc.
¿Como clasificaría a la especie A y a la especie C según su rango de tolerancia?
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BIOLOGÍA COMÚN
FACTORES ABIÓTICOS Y BIÓTICOS Otros factores que determinan el tamaño poblacional, se relacionan con la densidad, y se clasifican en factores densoindependientes y factores densodependientes. Los factores densoindependientes corresponden a factores abióticos que limitan el crecimiento de la población, cualquiera sea su densidad. Se relacionan con cambios climáticos periódicos (estacionalidad anual) o aleatorios (erupciones volcánicas, tsunamis o incendios forestales). Estos factores alteran o modifican el crecimiento en una población, sin embargo, no la regulan. En cambio los factores densodependientes son aquellos que se generan de las interrelaciones entre los organismo, como la competencia, depredación, territorialidad, enfermedades, parasitismo, que dependen de la densidad de las poblaciones para ejercer su efecto. De este modo, a medida que crecen las poblaciones, estos factores se expresan con mayor fuerza, es decir, a mayor densidad de la población, más individuos serán afectados. Estos factores regulan el tamaño de una población en torno a un valor de equilibrio. Disminuyen el número de individuos cuando éste sobrepasa dicho valor y lo aumentan cuando la densidad está bajo el valor de equilibrio. Es interesante observar que los organismos de una misma especie tienen necesidades similares como cantidad de agua, tipo y cantidad de nutrientes, lugares para protegerse y reproducirse, por lo tanto, al aumentar la densidad de una población, aumenta la competencia intraespecífica (al interior de la misma especie).
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
RESPONDA
131
Ejemplo 1. Un grupo de pinos debilitados por la sequía fácilmente puede resultar presa del escarabajo de pino.
La interacción entre los factores densoindependientes y densodependientes puede apreciarse en los siguientes ejemplos. Identifique en cada ejemplo ambos tipos de factores. Ejemplo 1
Ejemplo 2. Un animal atacado por parásitos tiene más probabilidad de morir en un invierno excepcionalmente frío . Ejemplo 2
Factor densoindependiente
Factor densodependiente
DISTRIBUCIÓN ESPACIAL Los factores ambientales y sociales tales como el ciclo de vida de las especies, el clima, las épocas de reproducción y crianza como también la distribución de los recursos en el espacio y la habilidad de las especies de llegar a ellos, influyen sobre la distribución espacial de la población, lo que provoca que las densidades locales varíen ostensiblemente. El patrón de espaciamiento entre los individuos que viven dentro de los límites de una población entrega al investigador información sobre asociaciones ambientales como de interacciones sociales entre los individuos de una población y/o disponibilidad de recursos esenciales para la población. Se reconocen tres patrones de distribución. A) AGRUPADA O AGREGADA Es el patrón de distribución más frecuente. Esta distribución puede darse cuando las características del medio son heterogéneas o discontinuas, es decir, cuando solo en ciertos lugares existen condiciones óptimas para los organismos, o bien, como ocurre en muchas ocasiones, cuando la presencia de un organismo en un lugar atrae a otros, pues resulta beneficioso para ellos.
Las plantas y los hongos se agrupan en lugares donde las condiciones favorecen la germinación y el crecimiento. Algunos animales pueden agruparse por interés reproductivo, por aumentar la efectividad como depredadores o para aumentar sus posibilidades de vivir si son animales presa. También, dicha distribución indica la presencia y disponibilidad de un recurso esencial (al lado de ríos o afluentes de agua, sectores iluminados para las poblaciones vegetales, etc.).
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BIOLOGÍA COMÚN
B) UNIFORME O REGULAR
C) AL AZAR O ALEATORIA
En este patrón de distribución los organismos se ubican a distancias más o menos regulares unos de otros. Para que una población se distribuya así, es requisito que el ambiente sea homogéneo y que los individuos compitan por los recursos del espacio. Es el caso de algunas especies de árboles que crecen a cierta distancia entre ellos, pues de estar muy juntos no crecerían. También puede ser producto de interacciones directas entre los organismos de una población, como por ejemplo, plantas que secretan productos químicos que inhiben el crecimiento de otros individuos en sus cercanías porque podrían competir por los recursos disponibles. Un ejemplo de esto es la ausencia de otros vegetales en torno al árbol de eucaliptus. Los animales pueden tener este tipo de distribución por interacciones sociales antagónicas como la territorialidad.
En la distribución al azar los individuos de la población se disponen sin ningún patrón definido. La probabilidad de encontrar un individuo de la misma especie es igual en cualquier lugar del espacio. Ejemplos de esta distribución lo constituyen poblaciones que habitan en ambientes ricos en nutrientes, como bosques lluviosos tropicales o templados, como es el caso del bosque valdiviano, en donde existe la misma probabilidad de hallar cualquier especie vegetal en cualquier punto de su área de distribución. También se produce en ausencia de atracciones o repulsiones intensas entre los individuos de una población. La posición de un individuo es independiente de los demás. Un ejemplo lo constituyen las pequeñas plantas de diente de león (pequeñas flores de tonos claros en el prado) que se aprecia en la imagen del potrero.
RESPONDA. La siguiente figura muestra la distribución en que se encontró una población de pulgones en una planta de maíz. Si cada círculo corresponde a una planta de maíz, ¿qué tipo de distribución tienen las poblaciones de plantas y pulgones, respectivamente?
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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CRECIMIENTO POBLACIONAL El crecimiento poblacional corresponde al cambio en el número de individuos de una población en función del tiempo y depende de los siguientes cuatro factores.
Para el cálculo de las tasas se utilizan las siguientes fórmulas: Tasa de crecimiento poblacional = (TN – TM) + TMi (TCP)
Tasa de natalidad (TN) = N° de nacimientos población total
Tasa de mortalidad (TM) = N° de muertes población total Tasa de migración (TMi) = N° de inmigraciones – N° de emigraciones población total
Como estos cuatro factores alteran el tamaño de la población (N) se puede representar matemáticamente mediante la ecuación:
N = (n - m) + (i - e)
Para poder determinar el crecimiento de una población, es necesario calcular la tasa de crecimiento poblacional (TCP). Para calcularla se toman en cuenta la tasa de natalidad (TN), de mortalidad (TM) y las tasas de migraciones (TMi). Estas tasas expresan las frecuencias de estos tres factores en un año por cada 1000 individuos, siendo una proporción de la cantidad total de los miembros de una población.
Una tasa de crecimiento positivo indica que la población crece, mientras que una tasa de crecimiento negativo indica que la población está disminuyendo. Una tasa cero del crecimiento de la población o población constante indica que no hubo cambios en el número de personas en los dos tiempos, es decir no hubo diferencia neta entre los nacimientos más inmigración y muertes más emigración, aun cuando se hayan producido cambios en alguna variable que se han compensado con otras.
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BIOLOGÍA COMÚN
RESPONDA Durante un año, una población de roedores estuvo constituida por 32 individuos. En el siguiente año nacieron 12 crías, murieron 7 individuos, pero llegaron 7 nuevos individuos a la población y 3 emigraron.
1. Calcula las tasas de natalidad, mortalidad y migración de la población en el segundo año.
MODELOS DE CRECIMIENTO POBLACIONAL Cuando en una población se dan las condiciones óptimas y no hay factores ambientales que limiten su crecimiento (resistencia ambiental), esta puede alcanzar el potencial biótico (r) que se define como la máxima tasa de crecimiento de una población en condiciones ideales. Para simplificar ignoraremos los efectos de las migraciones y en consecuencia r se puede expresar como:
r = tasa de natalidad– tasa de mortalidad Así, el potencial biótico resulta ser una medida de la capacidad que poseen los individuos de una población para reproducirse en condiciones óptimas, entonces si r es cero, la población se mantiene estable; si es mayor que cero, crece y si es menor que cero, decrece. 2. ¿Cuál es la tasa de crecimiento poblacional? A) CRECIMIENTO EXPONENCIAL
3. ¿La población de roedores creció o decreció?
En este modelo también conocido como geométrico, el tamaño de una población aumenta a una velocidad constante lo que determina una curva de crecimiento en “J” cuando se grafica en función del tiempo. Se caracteriza por un rápido aumento del número de individuos. Son ejemplos de casos para este tipo el crecimiento de cultivos de microorganismos en laboratorio, con constante renovación del medio, proliferación de insectos y de roedores (plagas).
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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B) CRECIMIENTO SIGMOIDAL En la naturaleza, muchas poblaciones presentan un crecimiento exponencial solo en la primera parte de su fase de crecimiento, ya que el ambiente limita sus capacidades de expresión. A el conjunto de factores ambientales (ya sea independientes o dependientes de la densidad) que limitan el crecimiento poblacional y que impide que una población exprese su potencial biótico se denomina resistencia ambiental. Esta resistencia determina la capacidad de carga (K), que corresponde al número total de individuos que es capaz de soportar el ambiente y la curva que describe este tipo de crecimiento se conoce como crecimiento logístico o sigmoidal (S). En este tipo de crecimiento hay una fase inicial en la que el crecimiento de la población es relativamente lento (1), seguido de una fase de aceleración rápida (crecimiento logarítmico) (2). Luego, a medida que la población se aproxima a la capacidad de carga del ambiente, la tasa de crecimiento se hace más lenta (3 y 4) y finalmente se estabiliza (5), aunque puede haber fluctuaciones alrededor de la capacidad de carga.
Las actividades humanas disminuyen la capacidad de carga que los ecosistemas tienen para sus poblaciones animales y vegetales, al devastar las praderas y los animales que en ella habitan, para construir centros comerciales o al destruir selvas tropicales para usarlas en la agricultura, sus poblaciones se reducen en una forma independiente de la densidad. Lo que resulta en una menor capacidad de carga en el ambiente, lo que a su vez ejerce límites dependientes de la densidad sobre el futuro tamaño de las poblaciones.
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BIOLOGÍA COMÚN
Si una población supera por mucho la capacidad de carga de su medio ambiente, las consecuencias son muy severas, porque en esta situación las demandas en exceso impuestas sobre el ecosistema probablemente destruyan recursos esenciales, tal como sucedió con los bosques de la Isla de Pascua.
La mayoría de los investigadores concuerda en que la muerte del bosque comenzó con la llegada de los humanos, quienes limpiaron la tierra para agricultura y usaron los árboles para hogueras y como materiales de construcción. Aparentemente, la cultura responsable de las estatuas desapareció junto con el bosque.
La isla alguna vez estuvo cubierta con un bosque diverso, incluidos árboles toromiro que proporcionaban excelente madera para fogatas, árboles hau hau, que podían suministrar fibras para sogas, y palmeras, con largos troncos rectos con los que habrían hecho rodillos para movilizar estatuas.
Este es un ejemplo dramático de lo que puede ocurrir cuando la sobrepoblación reduce permanente y dramáticamente la capacidad de una región para sostener personas y otras formas de vida. Las islas son particularmente vulnerables ante tales eventos drásticos, en parte porque sus poblaciones no pueden emigrar.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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CURVAS DE SUPERVIVENCIA
La curva tipo I es plana al principio lo que refleja tasas de mortalidad baja durante el comienzo y la mitad de la vida, para luego caer de forma abrupta a medida que la tasa de mortalidad aumenta en los individuos de mayor edad.
Para determinar el patrón de supervivencia se construyen tablas de vida, las que permiten rastrear a grupos de organismos, nacidos al mismo tiempo a lo largo de sus vidas y registrar cuántos sobreviven en cada año sucesivo (u otra unidad de tiempo.) Si se grafican dichos números, revelan las curvas de supervivencia que muestran a qué edades los ejemplares sobreviven bien y a qué edades no.
Los seres humanos y muchos mamíferos grandes que tienen un número bajo de hijos pero que les proporcionan una atención cuidadosa, se caracterizan por presentar esta clase de curva.
Para interpretar los datos de supervivencia los ecólogos han encontrado de utilidad comparar los datos reales con varias curvas hipotéticas que ilustran un rango de posibles patrones de supervivencia.
En contraposición, la curva tipo III desciende bruscamente al comienzo ya que refleja una elevada tasa de mortalidad de la crías, pero luego se estabiliza cuando las tasas de mortalidad se reducen para los pocos individuos que sobreviven. Este tipo de curva se asocia a organismos que tiene gran cantidad de hijos pero les proporcionan una escasa o nula atención como por ejemplo muchos peces ,la mayoría de los invertebrados marinos y la mayoría de las plantas.
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BIOLOGÍA COMÚN
Muchas especies se sitúan en un punto intermedio entre estos tipos básicos de supervivencia o presentan patrones más complejos. En las poblaciones en las que no se observa migraciones, la supervivencia es uno de lo principales factores que determinan cambios en el tamaño de las poblaciones .El otro factor esencial es la tasa de reproducción.
Los datos de supervivencia potencial de poblaciones reales a menudo se asemejan a una de estas curvas hipotéticas.
ESTRATEGIAS DE VIDA Los organismos poseen un conjunto de características que influyen principalmente en la reproducción y en la supervivencia de los organismos. Estas características determinan lo que se denomina las estrategias de vida que dependen fundamentalmente de la estabilidad del ambiente. De este modo, especies que viven en ambientes cambiantes tienen estrategias diferentes a los que habitan ambientes estables. Luego de años de estudios de numerosas poblaciones naturales, se describieron dos tipos de estrategias: estrategia r y estrategia k.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
Características
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Estrategia r
Estrategia k
Recursos ilimitados
Recursos limitados
Crecimiento
Exponencial, expresan todo su potencial biótico (r)
Sigmoidal, determinado por la capacidad de carga (k)
Ciclo de vida
Corto, menor a 1 año
Largo, mayor a 1 año
Descendencia
Numerosa y con escaso cuidado parental
Escasa y con intenso cuidado parental
Alta
Baja
Curvas de supervivencia
Tipo III
Tipo I
Desarrollo
Rápido
Lento
Temprana
Tardía
Única
Cíclica
Pequeño
Mayor
Ambiente
Mortalidad
Maduración sexual Reproducción Tamaño de los organismos
ESTRUCTURA ETARIA El patrón de mortalidad de una población afecta a su vez otra propiedad importante de la población: la estructura etaria. Esta es la proporción de individuos de diferentes edades que se encuentran en la población. En las especies en las cuales la duración de la vida excede la edad reproductiva, el conocimiento de la estructura etaria permite predecir cambios futuros en el tamaño de la población. Por ejemplo, si una gran proporción de una población está en edad reproductiva o es aún más joven, puede pronosticarse que la tasa de crecimiento de la población será alta; por lo tanto es una población en expansión.
A medida que el crecimiento de la población se hace más lento, la estructura etaria se va haciendo constante o estable, es decir, la población pre reproductiva y reproductiva es mas o menos similar, por lo tanto la población es estable. Finalmente si una población no está creciendo la población de reproductivos es mayor que los pre reproductivos, población en declinación. Los diagramas de estructura de edades para poblaciones en crecimiento, estables y en declinación pueden identificarse por sus formas características.
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BIOLOGÍA COMÚN
En algunos casos se dividen las pirámides en dos mitades, la mitad izquierda del diagrama representa los varones de la población y la mitad derecha, las mujeres. Cada diagrama se divide horizontalmente en grupos de edad, y la anchura de cada segmento representa el tamaño poblacional de ese grupo. En las poblaciones humanas, la representación gráfica de la cantidad de individuos por edad es un indicador del nivel de desarrollo económico de un país. Así se relacionan pirámides de base ancha con países que no llevan un control estricto de la natalidad poblacional, como lo ocurrido en países subdesarrollados. Por el contario, las pirámides de base estrecha representan a países que llevan un control efectivo de su natalidad, lo que se asocia a países desarrollados. A modo de ejemplo, a continuación se presentan tres pirámides que ilustran la distribución etaria de tres países: Italia, Afganistán y Estados Unidos.
En Italia la pirámide tiene una base pequeña que indica que los individuos que todavía no han llegado a la edad reproductiva están relativamente subrepresentados en la población. Esta situación contribuye a la proyección de una disminución continua de la población en ese país.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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Pirámides con la distribución etaria de la población humana en tres países (información del año 2017). Para ver más detalles accede a:
http://www.populationpyramid.net MORTALIDAD INFANTIL Y EXPECTATIVA DE VIDA Otro factor que varia ampliamente entre las distintas poblaciones humanas son mortalidad infantil y la expectativa de vida. Estas diferencias reflejan la calidad de vida a que se enfrenta un niño cuando nace. Los siguientes gráficos comparan la mortalidad infantil promedio y la expectativa de vida al nacer de países desarrollados con los que están en vías de desarrollo.
En cambio, Afganistán tiene una distribución etaria con una base amplia, con predominio de individuos jóvenes que crecerán y podrían desarrollar un crecimiento explosivo gracias a su propia reproducción.
La distribución etaria de los Estados Unidos es relativamente estable u homogénea.
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BIOLOGÍA COMÚN
CRECIMIENTO DE LA POBLACIÓN HUMANA La población mundial humana presenta actualmente crecimiento exponencial sin precedentes, resultado de una combinación de aumento de la tasa de natalidad y avances tecnológicos, agrícolas, industriales y médicos Esto ha superado varios tipos de resistencia ambiental y aumentando la capacidad de carga del planeta para los seres humanos. En el año 2009 la población mundial superaba los 6700 millones de habitantes, y se estima que 2050 superará los 9500 millones. La distribución poblacional humana en el planeta es heterogénea: existen zonas en las que la densidad poblacional es mínima, como en los polos, y otras zonas en que es muy alta, como en las grandes urbes. Este tipo de distribución obedece a distintos factores, entre ellos, ambientales, políticos, y económicos.
Así, tenemos que el aumento exponencial de nuestra especie no ha ocurrido con igual velocidad en las diferentes regiones del mundo. Cerca del 81 % de la población mundial se ubica en países con menor desarrollo económico y altas tasas de crecimiento (1,9 %), mientras los países desarrollados tienen tasas inferiores al 1 %. El aumento de la población en los países en desarrollo hace que esta ocupe más territorio en busca de espacio habitable y tierras cultivables. Sin embargo, la deforestación (para construir viviendas) y el sobrepastoreo reducen la productividad del suelo. Se ha establecido que el crecimiento demográfico elevado se relaciona con el mantenimiento de la pobreza y el menor acceso a la educación, lo que a su vez incide de alguna forma, en las elevadas tasas de natalidad.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Población Densidad Factores denso-independientes Factores denso-dependientes Distribución espacial Crecimiento poblacional Crecimiento exponencial Crecimiento sigmoideo Curvas de sobrevivencia Crecimiento de población humana Estructura etaria
Sí
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No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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BIOLOGÍA COMÚN
UNIDAD 2 ECOLOGÍA DE LAS COMUNIDADES CONCEPTOS CLAVE Comunidad Nicho ecológico Competencia Competidor dominante Depredación Amensalismo
Mutualismo Parasitismo Comensalismo Especie dominante Especie clave Sucesión ecológica
Las poblaciones no actúan de modo independiente, mas bien, se relacionan entre ellas en el ecosistema conformando una comunidad o biocenosis, el componente biótico del ecosistema.
INTERACCIONES ENTRE LOS ORGANISMOS DE UNA COMUNIDAD Entre las interacciones que pueden existir entre distintas poblaciones se encuentran la competencia, depredación, amensalismo y simbiosis (parasitismo, mutualismo y comensalismo). Se utilizan los símbolos + y – para indicar el modo en que cada interacción interespecífica afecta a la supervivencia y reproducción de las dos especies que participan de ésta.
La red de interacciones que se generan en una comunidad tiende a mantener el equilibrio entre los recursos y el número de individuos que los utilizan.
Tipo de Interacción
Las poblaciones al interactuar unas con otras influyen en la capacidad de cada una para sobrevivir y reproducirse y sirven como agentes de Selección Natural.
Efecto sobre el organismo A
Efecto sobre el organismo B
Competencia entre AyB
-
-
Depredación de A contra B
+
-
Amensalismo de A con B
-
0
Simbiosis Parasitismo de A contra B
+
-
Comensalismo de A con B
+
0
Mutualismo entre AyB
+
+
Protocooperación entre A y B
+
+
+ beneficia, - daña, 0 efecto neutro.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
Por ejemplo, en el mutualismo, la supervivencia y reproducción de cada especie aumenta en presencia de la otra, por lo tanto, es una interacción +/+. La depredación es un ejemplo de interacción +/-, que tiene un efecto positivo sobre la supervivencia y la reproducción de la población predadora y un efecto negativo en la población presa.
145
El grado de esta competencia depende de cuán similares sean los requerimientos de la especies. Cuanto más se traslapen los nichos ecológicos de dos especies, mayor será la competencia entre ellas. Así como ningún par de organismos puede ocupar exactamente el mismo espacio físico al mismo tiempo, ningún par de especies puede presentar exactamente el mismo nicho ecológico simultánea y continuamente.
NICHO ECOLÓGICO Y COMPETENCIA
Este importante concepto, llamado Principio de Exclusión Competitiva, fue formulado en 1934 por el biólogo ruso G.F. Gause.
Cada especie presenta un nicho ecológico único que abarca todos los aspectos de su forma de vida. Un aspecto importante del nicho ecológico es el hogar físico del organismo o hábitat.
Este principio conduce a la hipótesis de que, si un investigador obliga a dos especies con el mismo nicho a competir por recursos limitados, resulta inevitable que una supere competitivamente a la otra, y la especie que esté menos adaptada a las condiciones experimentales morirá. Gause usó dos especies de paramecios (paramecium aurelia y paramecium caudatum) para demostrar este principio.
Además, un nicho ecológico incluye todas las condiciones ambientales físicas y químicas necesarias para la supervivencia y reproducción de una especie dada. Estas pueden incluir sitios de anidación o de guarida, clima, tipo de nutrientes que requiere la especie, rango de temperatura óptima, cantidad de agua que necesita, pH y salinidad del agua o suelo que puede habitar y (para las plantas) cantidad luz solar o sombra que puede tolerar.
Puso primero a ambas especies a crecer separadas en matraces de laboratorio y luego en un cultivo mixto.
Finalmente, el nicho ecológico también abarca todo el “rol” que una especie determinada desempeña dentro de un ecosistema, incluido lo que come (o si obtiene energía de la fotosíntesis) y las otras especies con las que compite. Aunque diferentes especies comparten muchos aspectos de su nicho con otros, ningún par de especies ocupa jamás exactamente el mismo nicho ecológico dentro de la misma comunidad. La competencia es una interacción que ocurre entre individuos dentro de una misma especie (intraespecífica) o entre individuos de diferentes especies (interespecíficas) conforme tratan de usar los mismos recursos limitados como energía, nutrientes o espacio.
Paramecium caudatum (A) y Paramecium aurelia (B) son dos especies de organismos unicelulares eucariotas, cuyas células realizan todas las funciones vitales. Su nutrición es mayoritariamente heterótrofa.
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BIOLOGÍA COMÚN
En el primer y segundo gráfico se muestra la curva de crecimiento de los paramecios cultivados por separado con un abastecimiento de alimento constante. Tanto P. aurelia como P. caudatum presentan la curva sigmoidal característica de una población que inicialmente crece con rapidez y después se estabiliza. En cambio en el tercer gráfico se muestran las curvas de los paramecios en cultivo mixto y obligados a ocupar el mismo nicho. P. aurelia supera siempre competitivamente a P. caudatum y provoca la muerte gradual de esa población. Por lo tanto P. Aurelia excluye a P.caudatum. Entonces Gause repitió el experimento y sustituyó a P. caudatum con una especie diferente, P. bursaria, que tuvo una tendencia a alimentarse en una parte diferente del matraz. En este caso, las dos especies de Paramecios fueron capaces de coexistir indefinidamente porque ocupaban nichos significativamente diferentes. Considerando el concepto amplio del Principio de Exclusión Competitiva, cuando dos especies compiten una (o las dos), se adapta modificando su nicho o minimizando su interacción. Esto es una adaptación evolutiva que reduce los efectos perjudiciales de la competencia interespecífica. El que dos especies con nichos similares puedan coexistir en una comunidad tiene relación con dos conceptos derivados de nicho ecológico. Se trata del nicho fundamental y el nicho real. El nicho fundamental de una especie es el nicho que la especie potencialmente puede ocupar y el nicho real es el que realmente ocupa, producto de la competencia interespecífica. A continuación, se presenta un trabajo del ecólogo Joseph Connel, que pone esto en evidencia. ¿Es posible que el nicho de una especie se vea influenciado por la competencia interespecífica?
La especie que excluye a la otra en el uso del recurso desplazándola o extinguiéndola se le denomina competidor dominante.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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EXPERIMENTO El ecólogo Joseph Connell estudió dos especies de percebes, Balanus balanoides y Chthamalus stellatus, las cuales que tienen una distribución estratificada sobre las rocas a lo largo de la costa de Escocia.
En la naturaleza, Balanus no sobrevive en la parte alta de las rocas porque no es capaz de resistir la desecación durante la marea baja. Por lo tanto, su nicho real es similar a su nicho fundamental, en cambio, Chthamalus generalmente se concentra sobre el estrato superior de las rocas. Para determinar el nicho fundamental de Chthamalus, Connel eliminó a Balanus del estrato inferior.
RESULTADOS
CONCLUSIÓN
Al eliminar a Balanus del estrato inferior, la población de Chthamalus se extendió a esa zona.
La diseminación de Chthamalus al eliminar a Balanus indica que la competencia excluyente hace que el nicho real de Chthamalus sea mucho más pequeño que su nicho fundamental.
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BIOLOGÍA COMÚN
El ecólogo Robert MacArthur exploró aún más el Principio de Exclusión Competitiva, bajo condiciones naturales, al observar de manera cuidadosa cinco especies de aves llamadas reinita norteamericana. Estas aves cazan insectos y anidan en varias píceas (un tipo de árbol).
Aunque los nichos de estas aves parecen traslaparse considerablemente, Mac-Arthur descubrió que cada especie concentra su búsqueda de alimento en regiones específicas dentro de las píceas, empleando diferentes tácticas de cacería y anidación en épocas diferentes. Al dividir los recursos proporcionados por las píceas que comparten, las reinitas miniminizan el traslape de sus nichos y reducen la competencia interespecífica
De no haber evolucionado en competencia mutua, cada una de las especies de reinita que observó MacArthur probablemente habría desarrollado su búsqueda por alimento a lo largo de toda la pícea.
Con mayor disponibilidad de alimento, es posible que cada población hubiera sido más grande, pero, cuando especies con nichos ecológicos similares coexisten y compiten, cada especie ocupa un nicho más pequeño de lo que sería si estuviera sola. Este fenómeno se conoce como partición de recursos.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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En el gráfico se muestra el caso de dos especies de hormigas chilenas (D y T) que para poder coexistir debieron especializar sus hábitos de salida en busca de alimento y disminuir así el impacto de la competencia. Es probable que una de las especies sea más resistente a las altas temperaturas y por lo tanto, pueda salir a las horas de más calor. Se debe hacer notar que esta especialización en el horario de cosecha no elimina la competencia ya que se puede comprobar que la densidad de cada especie es afectada negativamente por la presencia de la otra.
Hora diaria de cosecha en dos especies de hormigas en Chile, D y T.
DEPREDACIÓN (+/-) Ocurre cuando una población (depredador) vive a costa de cazar y devorar a la otra (presa), ya sea acechándola, es decir, aguardan hasta que la presa está cerca y lanzan su mortal ataque, como los felinos por ejemplo, o persiguiéndola, esto es, la búsqueda activa de las presas, ya sea colectivamente o en solitario hasta que las acorralan y cuando no puede escapar las atacan. En algunos casos la depredación contribuye a que se alcance el punto de equilibrio en el funcionamiento de la naturaleza, ya que puede actuar controlando el número de individuo de la población de la presa y a su vez, la presa controla el número de individuos que forman la población del depredador. La depredación también incluye al herbivorismo, porque el herbívoro al depredar puede tener una influencia importante en el tamaño y distribución de las poblaciones de plantas.
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BIOLOGÍA COMÚN
El mejor depredador será el que no elimine completamente a su presa permitiéndole aumentar su densidad, de modo que su recurso no se agote. Se usa el concepto de generalista para las especies que, a falta de su presa principal recurren a otra, por ejemplo, el puma, que consume varias tipos de presas distintas. La contraparte son los especialistas que tienen una fuente de alimento muy restringida, como el koala, que se alimenta de hojas de eucalipto (herbivorismo), por lo que la destrucción de su hábitat pone en peligro de extinción a esta especie.
VENTAJAS QUE REPRESENTA LA ACCIÓN DEL PREDADOR SOBRE LA POBLACIÓN DE LA PRESA A. Al reducirse la población de las presas, los individuos restantes pueden alimentarse mejor y dejar un mayor número de descendientes. B. El predador no toma una muestra aleatoria de la población, selecciona individuos viejos o enfermos. C. Al atacar presas ancianas, el efecto sobre la producción de descendientes es nulo y no representa una amenaza para la población.
AMENSALISMO (-/0) Interacción en la cual un organismo es perjudicado y el otro no se ve afectado ni perjudicado, es decir, la relación le resulta neutra. Por ejemplo, los arbustos y las plantas herbáceas a menudo son dañados por las ramas que caen de los árboles altos o como lo muestra la figura el hongo Penicillium que secreta una sustancia que impide el crecimiento bacteriano.
EFECTOS DEL TAMAÑO DE LA POBLACIÓN DE LA PRESA SOBRE LA POBLACIÓN DEL PREDADOR A. Una población de presas muy pequeño, puede llevar a una disminución en el número de predadores, ya que estos necesitan un número mínimo de ellas para mantener. B. Una población demasiado grande de presas, puede no tener ningún efecto sobre el predador, ya que este se sacia y no puede consumir más, aunque aumente la población de presas.
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SIMBIOSIS (DEL GRIEGO SYN = JUNTO; BIOONAI = VIVIR) Es una interacción estrecha, íntima, entre dos o más organismos de distintas especies. Muchas de estas interacciones pueden ser de beneficio mutuo, pero también las hay en las cuales alguno de los participantes resulta perjudicado. Las variadas formas de simbiosis incluyen el mutualismo, parasitismo y comensalismo.
MUTUALISMO (+/+) En este tipo de relación ambas especies se ven beneficiadas. El mutualismo puede ser facultativo o llamado también protocooperación (una especie no necesita a la otra para sobrevivir) u obligado (las especies no pueden vivir de manera separada).
Para ejemplificar el mutualismo facultativo o protocooperación podemos citar el caso de los insectos polinizadores, que obtienen néctar de la flor y el vegetal que es polinizado. Los peces payaso y las anémonas representan otro ejemplo típico, donde el pez payaso obtiene protección y sobras de comida y mantiene alejados a los depredadores de la anémona y la limpia de parásitos.
Como ejemplo del mutualismo obligado están las micorrizas, asociación de hongos y raíces de ciertas plantas. El hongo aporta a la planta minerales esenciales que absorbe del suelo y esta le brinda moléculas orgánicas producto de la fotosíntesis. La presencia de micorrizas hace que la planta tenga más tolerancia al estrés ambiental como la sequía y altas temperaturas del suelo.
Otro ejemplo de mutualismo obligatorio es el caso de los líquenes, una asociación entre un hongo y alga, en la cual el hongo proporciona la estructura de protección contra la deshidratación del alga y ésta proporciona los carbohidratos y otras moléculas orgánicas producto de la fotosíntesis o el clásico ejemplo de las bacterias de género Rhizobium y leguminosas (arvejas, porotos). Las bacterias viven en nódulos en las raíces de estas plantas, fijando nitrógeno que pasa a la leguminosa y ésta le proporciona “alojamiento” y moléculas orgánicas a las bacterias.
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BIOLOGÍA COMÚN
PARASITISMO (+/-) En esta simbiosis, al igual que en la depredación una especie resulta beneficiada y la otra perjudicada. El término parásito se reserva para designar al organismo beneficiado que corresponden a pequeños organismos que viven dentro (endoparásito) o sobre (ectoparásito) un organismo de mayor tamaño (hospedador o huésped), el perjudicado.
La forma de vida parásita tiene un gran éxito. Aproximadamente una cuarta parte de las especies de animales son parásitas. Son ejemplo de esta relación las tenias, los mosquitos, garrapatas, piojos incluso las bacterias que nos causan enfermedades, también tienen calidad de parásitos.
Quintral del Quisco o Fosforito (Tristerixaphyllus), un ejemplo de una planta parásita.
COMENSALISMO (+/0) Es el tipo de interacción que se produce cuando una especie se beneficia y la otra no se ve afectada, ni perjudicada, es decir, la relación le resulta neutra. Por ejemplo, algunas lapas que viven sobre las ballenas. La lapa tiene un lugar seguro para vivir y facilidad para alimentarse de plancton, mientras que la ballena no se ve ni perjudicada ni beneficiada o la rémora y el tiburón. También es un buen ejemplo la interacción de vacas y garzas. En los potreros en Chile se observan las vacas rodeadas de garzas. Las vacas al moverse hacen saltar organismos como saltamontes y pequeñas ranas que son devoradas por las garzas, las cuales se benefician siendo una relación indiferente para la vaca.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
RESPONDA
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B. El siguiente grafico representa las curvas de crecimiento de dos protozoos; Paramecium y Didinium.
A. Analice los siguientes casos 1. Las abejas (A) son insectos nectívoros (animales que se alimentan del néctar) que visitan a las plantas (B) para explorar una fuente de alimento. Al alimentarse, inadvertidamente toman polen y lo transportan a la planta siguiente produciendo de esta forma la polinización. 2. Para escapar de sus depredadores en los océanos, los crustáceos (A) se refugian en el interior de las esponjas (B), las que no se ven perjudicadas ni beneficiadas con esta estrategia. 3. La relación entre un individuo (A) enfermo de sífilis y la bacteria causante de la patología Treponema pallidum (B). De acuerdo a esta información completa la siguiente tabla e indica en cada caso qué tipo de interacción se establece entre el organismo A y B ,como también indicar con un signo si se ven beneficiadas (+), perjudicadas (-) o es neutra(0) según corresponda. Organismo A
Organismo B
Al analizar el grafico, ¿cuál de estos dos microorganismos corresponde al depredador y cual a la presa?
ESTRUCTURA BIOLÓGICA DE LAS COMUNIDADES ESPECIE DOMINANTE Y ESPECIE CLAVE
1.
2.
3.
Las especies dominantes en una comunidad son las más abundantes o que colectivamente tienen más biomasa, por ello ejercen un fuerte control sobre la densidad y distribución de otras especies. Además ejerce fuerte impacto sobre los factores abióticos, como la sombra y el suelo, que a su vez, determinan el tipo de especies que allí pueden habitar. Se plantea que como hipótesis que las especies dominantes son más competitivas en la explotación de recursos limitados como el agua y los nutrientes. Otra hipótesis, plantea que se trata de especies invasoras que no tienen allí sus depredadores y patógenos naturales, por ello alcanzan un alto número y una alta biomasa (estas especies por lo general son introducidas por el hombre).
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BIOLOGÍA COMÚN
Por otra parte las especies claves tienen una importante influencia en las comunidades ecológicas, independientemente de su abundancia o biomasa. Estas especies pueden influir sobre el flujo de energía y materiales en los ecosistemas como también en la riqueza de especies en las comunidades. Las especies claves ejercen un fuerte control sobre la estructura de la comunidad no por su abundancia sino porque tienen un nicho ecológico fundamental. Utilizaremos un trabajo de Robert Paine con la estrella de mar (Pisaster ochraceus), para dejar más claro ambos conceptos.La estrella de mar es depredador de preferencia de mejillones (Mytilys californianus) pero también de otros invertebrados en las comunidades de la zona rocosa intermareal de California. El mejillón es una especie dominante, un competidor superior por el espacio. La estrella al comer mejillones contrarresta esta competencia y permite que otras especies utilicen el espacio. El trabajo de Paine consistió en eliminar a la estrella de mar de la zona rocosa intermareal y esto produjo una abundancia de mejillones en la zona que monopolizaron el espacio excluyendo a otros invertebrados y algas por lo que este experimento deja en evidencia que la estrella de mar es una especie clave en la comunidad estudiada, pues ejerce una influencia sobre toda la comunidad que no se refleja en su abundancia.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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BIODIVERSIDAD La complejidad de una comunidad se expresa en términos su biodiversidad. La diversidad de especies de una comunidad tiene dos componentes: la riqueza específica, es decir, el número total de especies diferentes en la comunidad y la abundancia relativa de las distintas especies que es la proporción de cada especie en el numero total de individuos de la comunidad. Varios estudios indican que la riqueza de especies puede promover la estabilidad de la comunidad.
RESPONDA Considere a dos comunidades de pequeños bosques, denominadas 1 y 2, cada una con 100 individuos distribuidos en cuatro especies de árboles distintos designados con las letras A, B, C y D
¿ En qué difieren ambas comunidades, en la riqueza especifica o en la abundancia relativa de las distintas especies?
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BIOLOGÍA COMÚN
FACTORES QUE DETERMINAN LA RIQUEZA DE ESPECIES En muchos hábitats, la riqueza de especies está relacionada con la complejidad estructural de los hábitats. Una comunidad estructuralmente compleja, como un bosque, ofrece una mayor variedad de nichos ecológicos potenciales que una comunidad simple, como en un desierto árido o un pastizal semiárido. El aislamiento geográfico de una comunidad es otro factor determinante. Las comunidades de islas suelen ser mucho menos diversas que las comunidades de ambientes semejantes encontrados en los continentes. Esto se debe parcialmente al efecto distancia: la dificultad que encuentran muchas especies para llegar y colonizar exitosamente una isla. Las áreas aisladas suelen ser pequeñas y tienen menos nichos ecológicos potenciales. Por lo general, la riqueza de especies esta inversamente relacionada con el estrés ambiental de un hábitat. Solo las especies capaces de soportar condiciones extremas viven en una comunidad estresada por el ambiente. Así, la riqueza de especies de un río altamente contaminado es baja en comparación con la de una corriente prístina próxima.
Zona de borde (ecotono) entre dos comunidades distintas (A y B)
De manera semejante, la riqueza de especies de comunidades en latitudes altas (más alejadas del ecuador) expuestas a climas severos es menor, que la de comunidades en latitudes más bajas (próximas al ecuador) con climas mas benignos. Esta observación, llevo a elaborar la hipótesis de la riqueza de energía de las especies. Sugiere que las diferentes latitudes afectan la riqueza de especies debido a variaciones en la energía solar. Mas energía podría permitir que mas especies coexistan en una región dada. Aunque los países ecuatoriales, Colombia, Ecuador y Perú, ocupan solo 2% de la superficie terrestre, contienen de manera notable 45,000 especies de plantas nativas. En cambio el territorio continental de Estados Unidos y Canadá, un área superficial significativamente mas grande, aloja un total de 19,000 especies de plantas nativas. También la riqueza de especies suele ser mayor en los márgenes de comunidades distintas que en sus centros. La razón es que un ecotono, una zona de transición entre dos comunidades donde se encuentran dos o mas especies, contiene a todos o la mayoría de los nichos ecológicos de las comunidades adyacentes, así como a algunos que son únicos del ecotono. Este cambio en la composición de especies producido en el ecotono se conoce como efecto de borde. La riqueza de especies se reduce cuando cualquier especie disfruta una posición de dominancia dentro de una comunidad. Una especie dominante puede apropiarse de una porción desproporcionada de los recursos disponibles, dispersando así o sacando de la competencia a otras especies.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
La riqueza de especies también se ve bastante afectada por niveles moderados de perturbación; que es cualquier acontecimiento como una tormenta, un incendio, una sequía o la actividad humana que modifica la comunidad. El ecólogo Joseph H. Connell propuso la hipótesis de la perturbación intermedia, cuando analizó la riqueza de especies en bosques tropicales y arrecifes de coral. Propuso que la riqueza de especies es máxima a niveles moderados de perturbación. Los niveles moderados de perturbaciones crean oportunidades para especies que antes no ocupaban un hábitat en la comunidad. Pudiendo crear condiciones que promueven una mayor diversidad de especies.
SUCESIÓN ECOLÓGICA Las perturbaciones producen cambios notorios en la composición y estructura de una comunidad. El área perturbada puede ser colonizada por múltiples especies, que son sustituidas gradualmente por otras, que a su vez, también son reemplazadas por otras especies. A este proceso de “relevo de la comunidad” se le denomina sucesión ecológica. Cuando este proceso comienza en una zona en la que casi no hay vida, donde de no se ha formado el suelo se habla de sucesión primaria. Las superficies rocosas desnudas, como la lava volcánica recientemente formada y roca limpia raspada por los glaciares o dunas de arena son ejemplos de sitios donde la sucesión primaria podría tener lugar.
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El ser humano es el agente perturbador con mayor impacto en las comunidades y reduce gravemente la diversidad de especies. El ser humano también evita alguna perturbaciones naturales como los incendios, que pueden ser importantes para mantener la estructura de una comunidad. Por ejemplo, cuando los incendios periódicos son suprimidos en los bosques, reduciendo la perturbación a un bajo nivel, algunas de las hierbas “típicas” del bosque declinan en número e inclusive desaparecen. La secuencia de cambios de la comunidad y del ecosistema después de una perturbación se denomina Sucesión Ecológica.
Los primeros organismos son procariontes autótrofos, luego líquenes y musgos. De esta manera se comienza a desarrollar el suelo gradualmente y se va acumulando materia orgánica de la descomposición de los primeros colonizadores. Las especies de los primeros estados son llamadas especies oportunistas, colonizadoras o pioneras y por ello la primera etapa se denomina pionera. Una vez que se ha formado el suelo, los líquenes y los musgos se cubren de pastos, arbustos y árboles. A este estado se le denomina “etapas serales”. Pueden ser comunidades más o menos distinguibles con sus propias estructuras, características y composición de especies.
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BIOLOGÍA COMÚN
Cada estado puede durar breves períodos o persistir durante años, por ejemplo solo después de muchos años los arbustos consigue profundizar el suelo y lo dejan apto para soportar el crecimiento de los árboles. Como tendencia general, se va dando una sustitución de especies generalistas, de ciclos de vida corto (especies r) por otras especialistas de ciclos de vida largo (especies K).
La sucesión secundaria se produce cuando una comunidad ya existente ha sido eliminada por alguna perturbación. Los campos agrícolas abandonados, bosque talado o las zonas abiertas producidas por incendios forestales son ejemplos comunes de sitios donde ocurre sucesión secundaria. Las primeras plantas que recolonizan la zona son las especies herbáceas, luego la mayoría de la plantas serán reemplazadas por matorrales y estos por árboles en un menor tiempo en comparación con la sucesión primaria.
El proceso culmina con un comunidad estable y madura que perdura en el tiempo denominado comunidad clímax como por ejemplo un bosque. La formación de esta comunidad puede durar cientos o miles de años. Características de las etapas pioneras y serales Característica
Estadios tempranos (pioneras)
Estadios tardíos (serales)
Nicho
Amplio, generalista
Estrecho, especialista
Tamaño organismos
Pequeño
Grande
Ciclo de vida
Corto
Largo
Estrategia de vida
“r”
“K”
Diversidad de especies
Baja
Alta
Estabilidad
Menor
Mayor
Se aprecia desarrollo de poblaciones vegetales colonizando suelos.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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MECANISMOS DE SUCESIÓN ECOLÓGICA En el año 1977 los científicos Conell y Slatyer propusieron tres diferentes mecanismos de sucesión ecológica. La principal diferencia entre estos mecanismos se centra en el modo en que una nueva especie se establece en la comunidad. 1. El modelo de facilitación: la o las especies presentes modifican el hábitat de modo que este es menos adecuado para ellas y mas convenientes para las sucesoras.
Sucesión Primaria
Sucesión Secundaria
2. El modelo de inhibición: la o las especies presentes en el sitio no permiten el establecimiento de otras y solo se produce un reemplazo cuando las primeras se extinguen localmente. 3. El modelo de tolerancia: las o las especies de crecimiento mas lento, competitivamente superiores, excluyen a las primeras que poseen un crecimiento mas rápido pero son menos tolerantes a las nuevas condiciones ambientales.
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BIOLOGÍA COMÚN
ESPECIES NATIVAS, ENDÉMICAS, INTRODUCIDAS, INVASORAS Y COSMOPOLITAS Una especie nativa o autóctona es una especie que pertenece a una región o ecosistema determinado. Su presencia en esa región es el resultado de fenómenos naturales sin intervención humana. Una especie endémica corresponde a aquella que es nativa exclusiva de un área geográfica determinada, por lo tanto, las especies endémicas son un subconjunto de las especies nativas. A nivel nacional, casi el 25% de las especies son endémicas, lo que le confiere a Chile especial relevancia para la conservación de la biodiversidad del planeta. En Chile destacan por su alto endemismo grupos como los anfibios (sapos y ranas) donde el 65% de las especies son exclusivas de Chile. Los reptiles con un 63% de endemismo, los peces de aguas continentales con el 55% de las especies endémicas, y las plantas con la mitad de las especies exclusivas de nuestro país. Otros grupos, en cambio, no poseen esta particularidad, especialmente aquellos con mayor movilidad, como las aves, en las cuales poco menos del 2% de las especies registradas en Chile son endémicas. Los mamíferos son un grupo intermedio, que presenta cerca del 11% de las especies consideradas como endémicas de Chile, destacando entre ellas dos mamíferos marinos que viven exclusivamente en nuestros mares, como el delfín chileno (Cephalorhynchus eutropia) y el lobo fino de Juan Fernández (Arctocephalus philippii).
En contraparte la especie cosmopolita es aquella que presenta una distribución mundial, ya sea en el ambiente terrestre o marino. Cuando una especie nativa es llevada fuera de su región por los humanos, ya sea accidental o deliberadamente, se les considera especies introducidas o foráneas o exóticas. Para las especies introducidas se debe considerar la posibilidad de que puedan dañar el ecosistema en el que se introducen, alterando el nicho ecológico de otras especies. Si la especie introducida resulta dañina, produciendo cambios importantes en la composición, la estructura o los procesos de los ecosistemas naturales o seminaturales, poniendo en peligro la diversidad biológica nativa es denominada especie invasora. Chile pierde anualmente, como mínimo, unos $86,5 millones de dólares, equivalentes a más de 59 mil millones de pesos, por la presencia de solo siete especies invasoras. Estas son el castor , el conejo, el jabalí, el visón, la avispa chaqueta amarilla, la zarzamora y el espinillo.
Chaqueta amarilla Castor Lobo fino de Juan Fernández
Delfín chileno Conejo
Especies Endémicas
Especies Invasoras
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
La confrontación de una especie invasora con una nativa, generalmente es siempre fatal para esta última, por lo tanto, el control de éstas es cada vez más importante ya que amenaza nuestra biodiversidad ya que al no tener depredadores naturales es muy difícil controlar su expansión. En la medida que las especies introducidas pertenecen a una escala trófica mayor el impacto es más negativo, alteran el hábitat y consumen especies nativas. Lo más preocupante aún es que son especies que “compiten” con la flora y fauna nativa al ser vectores de enfermedades y facilitar la propagación de otras especies invasoras.
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La avispa chaqueta amarilla, por ejemplo, generó pérdidas cercanas a los $100 millones de pesos a la Reserva Río Clarillo en la Región Metropolitana. Esto porque su presencia hizo caer notablemente el número de visitantes durante la temporada de verano. La zarzamora, introducida al país como cerco vivo, es una verdadera plaga que se distribuye en casi todo el país y rápidamente “ahogando” a las especies vegetales nativas. Las cubre de tal manera que les impide realizar la fotosíntesis y termina por secarlas y eliminarlas.
Dado el crecimiento exponencial del intercambio económico, lo que está haciendo el ser humano es movilizar estas especies invasoras y está reconfigurando la biodiversidad y en consecuencia generando impacto en los espacios donde son introducidas.
RESPONDA La cotorra argentina es un pequeño loro que se alimenta de todo tipo de frutos, excepto de ciruelas. Es una especie que puede vivir en distintas condiciones climáticas; zonas tropicales, templadas o frías; es por ello que la podemos encontrar desde Iquique a Puerto Montt. El Servicio Agrícola y Ganadero (SAG) la considera una especie dañina para el equilibrio ecológico y la conservación del patrimonio ambiental. Esta es la razón que desde el año 1990 se restringió su ingreso a nuestro país y está permitida su caza en cualquier época del año y sin limitación de número, incluso se permite la eliminación de nidos y huevos como método de control.
1. ¿De qué manera se ven afectadas las aves nativas de nuestro país con la presencia de la cotorra argentina?
2. ¿Que característica posee la cotorra argentina que la hace ser una especia invasora?
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BIOLOGÍA COMÚN
ESTRUCTURA FÍSICA DE LAS COMUNIDADES Las comunidades terrestres y acuáticas normalmente muestran cierto grado de estratificación vertical u horizontal, es decir sus constituyentes vivos pueden adquirir diferentes posiciones en el biotopo en el que viven o en la red trófica donde participan.
En general, mientras mayor es el número de estratos más diversa es la comunidad. Así, por ejemplo, en un bosque es posible reconocer, una parte superior en donde se halla el follaje de los árboles (estrato arbóreo), inmediatamente por debajo una zona de arbustos (estrato arbustivo), para finalizar en el suelo y sub-suelo donde se hallan hojas y ramas caídas, líquenes, musgos, insectos, bacterias y pequeños animales invertebrados.
ESTRATIFICACIÓN TÍPICA DE BOSQUE En el bosque podemos ver un crecimiento vegetal formado por varias capas o estratos, los que contienen plantas especializadas en vivir bajo distintas condiciones como mayor o menor cantidad de luz, de nutrientes o de espacio, sin sufrir grandes pérdidas de materia y energía. Los arboles más grandes sobresalen sobre los más pequeños y estos sobre los arbustos, que a su vez crecen por encima de las hierbas.
ESTRATIFICACIÓN EN LAS COMUNIDADES ACUÁTICAS En estas comunidades acuáticas, también se da una estratificación que depende fundamentalmente de la magnitud de la penetración de la luz, de la temperatura en las masas de agua y de su concentración de oxígeno.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Comunidad Nicho ecológico Competencia Competidor dominante Depredación Amensalismo Mutualismo Parasitismo Comensalismo Especie dominante Especie clave Sucesión ecológica
Sí
163
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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BIOLOGÍA COMÚN
UNIDAD 3 FLUJO DE ENERGÍA Y MATERIA EN LOS ECOSISTEMAS Un ecosistema considera en su conformación a la comunidad (biocenosis) y los factores físico-químicos que caracterizan al ambiente (biotopo). Es aquí donde los organismos establecen interrelaciones y con su entorno. En el concepto de ecosistema, los componentes físicos, químicos y biológicos del ambiente constituyen un único sistema interactivo. Al igual que la comunidad biótica, el ecosistema representa un concepto espacial y tiene límites definidos. El foco de atención principal de la ecología de ecosistemas es el intercambio de materia y energía.
CONCEPTOS CLAVE Organismos autótrofos Organismos heterótrofos Fotosíntesis Producción primaria Pirámides tróficas
Transferencia de energía Bioacumulación Ciclos biogeoquímicos Biomas
Componentes básicos de un ecosistema, las biocenosis (comunidades bióticas que lo componen) y el biotopo (componentes abióticos que conforman dicho ecosistema).
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
Lo que llega al ecosistema desde el ambiente que lo rodea se conoce como entradas. Aquello que sale del ecosistema para ir a parar al ambiente circundante se conoce como salidas. Un ecosistema presenta entradas y salidas de materia y energía, por lo que constituye un sistema abierto.
ECOSISTEMAS Y SUS COMPONENTES BÁSICOS Utilizando los términos más sencillos, todos los ecosistemas, tanto los terrestres como los acuáticos, presentan cuatro componentes básicos: organismos productores, organismos consumidores, organismos descomponedores y el componente abiótico. Los organismos productores primarios o autótrofos o simplemente productores son las plantas verdes y el fitoplancton. Estos organismos utilizan la energía del sol en la fotosíntesis para transformar los compuestos inorgánicos en compuestos orgánicos simples.
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Los consumidores o heterótrofos, utilizan los compuestos orgánicos producidos por los autótrofos como fuente de alimento. Los herbívoros son consumidores que se alimentan de plantas, de las cuales obtienen la energía química derivada de las moléculas de los productores y los materiales de construcción que usan para generar sus propios tejidos. Los herbívoros son, a su vez, alimento de los carnívoros, que obtienen la energía almacenada en las moléculas de los herbívoros. Otros consumidores, llamados omnívoros, se alimentan de una variedad de organismos, tanto vegetales como animales. Algunos consumidores, denominados consumidores de detritus o detritívoros, se alimentan de detritos, es decir, materia orgánica en descomposición. Incluye cadáveres, hojarasca y heces. Los consumidores de detritos y los descomponedores microbianos degradan organismos muertos y productos de desecho. Los descomponedores, también denominados saprófitos, incluyen a heterótrofos microbianos que se abastecen de energía al descomponer las moléculas orgánicas en los restos (cadáveres y desechos corporales) de todos los miembros de la cadena alimentaria. En términos generales liberan moléculas orgánicas simples, como dióxido de carbono y sales minerales, que pueden ser reutilizadas por los productores. La mayoría de las bacterias y hongos son descomponedores importantes.
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El componente abiótico, lo constituye el suelo, los sedimentos, la materia particulada, la materia orgánica disuelta en los ecosistemas acuáticos y los detritos en los ecosistemas terrestres. Toda la materia orgánica deriva de restos de consumidores y plantas y sobre ella actúan los descomponedores. Esta materia orgánica es esencial para el reciclado interno de nutrientes en el ecosistema. La fuerza motora del sistema es la energía del Sol. Esta energía, utilizada por los productores fluye desde los productores a los consumidores y a los descomponedores, y finalmente se disipa en forma de calor.
FLUJO DE ENERGÍA Y ESTRUCTURA TRÓFICA En un ecosistema, la energía pasa de un organismo al siguiente en una secuencia que se inicia con un organismo autótrofo, que captura la energía lumínica del sol mediante el proceso de fotosíntesis, y finaliza con un organismo heterótrofo, que no es consumido por otro ser vivo.
CADENAS Y TRAMAS TRÓFICAS La transferencia de energía contenida en materia orgánica de los distintos niveles tróficos, desde las plantas y otros organismos fotosintéticos (productores primarios), a los herbívoros (consumidores primarios) y de estos a los carnívoros (consumidores secundarios y terciarios) y por último a los organismos descomponedores se, conoce como cadena alimentaria o trófica. Es importante destacar que se utilizan flechas para indicar el sentido del flujo de la energía entre los organismos que forman parte de la cadena alimentaria y no indican quién se come a quién. Los organismos productores transforman materias primas y energía del medio en nutrientes y las traspasan a los consumidores. Los organismos descomponedores devuelven la materia al ambiente para reutilizarla.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
El flujo de energía en los ecosistemas es de carácter lineal o unidireccional y además decreciente, es decir, la energía fluye a través de una cadena o red alimentaria de un nivel trófico al siguiente. Sin embargo, una vez que un organismo ha usado energía, la transforma y parte se disipa en calor, por lo que deja de estar disponible para cualquier otro organismo en el ecosistema, en consecuencia, a medida que la energía fluye por los distintos niveles, va disminuyendo.
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La representación de las relaciones tróficas, como una cadena alimentaria, es una simplificación de la realidad o, mejor dicho, una abstracción, ya que un productor no está disponible exclusivamente para un herbívoro, ni la dieta de un consumidor está constituida solo por un tipo de alimento. En realidad, las relaciones en la comunidad están dadas por numerosas cadenas que se entrecruzan en complejas interrelaciones, que reciben el nombre de red o trama trófica.
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BIOLOGÍA COMÚN
RESPONDE El siguiente esquema representa una red trófica de un ecosistema natural, en la que diez especies interactúan en la comunidad.
¿CÓMO SE NUTREN LOS ORGANISMOS? En el proceso de nutrición de los organismos es necesario considerar dos componentes principales: el modo en que obtienen los átomos de carbono necesarios para constituir los esqueletos carbonados de las moléculas orgánicas y la forma en que el organismo obtiene energía. Considerando estos dos aspectos, se distinguen dos grandes tipos de nutrición: autótrofa y heterótrofa. Los organismos autótrofos son capaces de realizar la fijación del CO2 atmosférico en moléculas orgánicas. La energía necesaria para este proceso puede provenir de la luz (nutrición fotoautótrofa) o de reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos reducidos (nutrición quimioautótrofa).
Basándose en las relaciones que se establecen en el diagrama, conteste: A. Las especies 1, 2, 3 y 4 son B. Las especies 6 y 7 son y por la especie 4. C. Son omnívoras las especies
y
D. Las especie 5,6 y 7 son E. Las especies especialistas son F. Las especies generalistas son G. Si se elimina a la especie 5, el efecto a corto plazo seria
H. La especie 5 tiene más energía que la especie
I. La especie 10 recibe más energía cuando consume a
Las plantas, las algas, y algunas bacterias, son organismos fotoautótrofos. En tanto, las bacterias que obtienen su energía a partir de la oxidación del sulfuro de hidrógeno (H2S), del nitrito (NO2- ) o del amoniaco (NH3), son quimioautótrofas. Por otra parte, los organismos heterótrofos no son capaces de fijar el carbono atmosférico en moléculas orgánicas, por lo tanto, deben utilizar como fuente de este elemento compuestos orgánicos producidos por otros organismos. Todos los animales y los hongos, así como la mayor parte de las bacterias son quimioheterótrofos, ya que utilizan moléculas orgánicas preformadas como fuente de energía y de carbono. La respiración celular, ya sea aeróbica (en presencia de oxígeno) o anaeróbica (en ausencia de oxígeno), permite la obtención de energía a través del catabolismo de las moléculas orgánicas que ingresan a las vías metabólicas que constituyen este proceso, generándose CO2 como producto general de excreción. Además, existen los organismos fotoheterótrofos, como es el caso de algunas bacterias que son capaces de utilizar energía lumínica, pero incapaces de realizar fijación de carbono, y deben obtenerlo a partir de las moléculas preformadas por otros organismos.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
Fuente de Carbono
Fuente de energía
Organismos representativos
Fotoautótrofos
CO2
Luz
Plantas, Algas y algunas Bacterias como las Cianobacterias.
Quimioautótrofos
CO2
Oxidación de moléculas inorgánicas (H2S, NO2 o NH3).
Algunas Bacterias como las metanógenas y halófilos extremos.
Fotoheterótrofos
Compuestos Orgánicos
Luz
Algunas Bacterias como las Púrpuras no sulfurosas
Compuestos Orgánicos
Hongos, animales y la gran mayoría de las Bacterias; como las descomponedoras (patógenas y simbiontes)
TIPOS DE NUTRICIÓN
AUTÓTROFOS Fijan el CO2 ambiental en moléculas orgánicas
HETERÓTROFOS No fijan CO2 atmosférico y deben utilizar como fuente de carbono compuestos orgánicos producidos por otros organismos.
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Quimioheterótrofos
Compuestos Orgánicos
ROL DE LA FOTOSÍNTESIS Y DE LA RESPIRACIÓN CELULAR Durante el proceso de fotosíntesis, la energía lumínica es convertida en energía química, la que es almacenada en las moléculas orgánicas que se elaboran como producto de dicho proceso. La fotosíntesis es el primer paso del flujo de energía, en el ecosistema que captura energía solar, y que no solo sustenta a los organismos fotosintéticos, sino que también, de forma indirecta, a gran parte de los organismos no fotosintéticos. Los organismos fotosintéticos son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de la energía lumínica, dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
La siguiente ecuación química corresponde a la reacción resumida de la fotosíntesis:
En los organismos eucariontes fotosintéticos el proceso ocurre en los cloroplastos, organelos exclusivos de las células de tipo vegetal. En los organismos procariontes fotosintéticos el proceso ocurre en repliegues internos de la membrana plasmatica denominados laminillas. A continuación, se presenta un esquema, dónde se destacan las principales etapas y factores que afectan el proceso.
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Etapas de la Fotosíntesis
Por otro lado, todos los organismos deben extraer energía de las moléculas orgánicas, que pueden ser elaborados mediante la fotosíntesis u obtenidos del entorno. A este proceso se le denomina respiración celular. Es un conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados hasta convertirse en materia inorgánica, proceso que libera energía que es utilizada por los mismos organismos para sus procesos metabólicos. En este proceso nutrientes como glucosa, en presencia de oxígeno, pasan por un proceso de oxidación que facilita la obtención de su energía química para luego ser almacenada en forma de ATP. Estas transformaciones, que se llevan a cabo en las mitocondrias de las células eucariontes y en repliegues de la membrana celular (mesosomas) en procariontes, liberan dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) como productos finales. Su reacción general se representa a través de la siguiente ecuación.
Entre ambos procesos metabólicos existe una intima relación de dependencia algunos productos de la respiración (CO2 y H2O) sirven como reactantes para la fotosíntesis y viceversa, los productos de la fotosíntesis (O2 y C6H12O6) son utilizados en la respiración celular.
RESPONDA 1. El gráfico muestra la tasa fotosintética en función de la temperatura en dos niveles de intensidad lumínica.
Respecto del grafico ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?
A. La tasa fotosintética con intensidad lumínica alta es independiente de la temperatura. B. La tasa fotosintética con intensidad lumínica baja es independiente de la temperatura hasta el punto 2.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
2. El gráfico presenta la velocidad de la fotosíntesis de dos plantas de la misma especie, una regada y la otra con falta de agua.
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¿ A qué cantidad de luz las plantas regadas y no regadas alcanzan la velocidad máxima de fotosíntesis?
PRODUCTIVIDAD La cantidad de energía lumínica que se convierte en energía química (compuestos orgánicos) por un ecosistema y que es almacenada en forma de biomasa en una unidad de superficie y en un tiempo determinado se denomina productividad primaria. Se reconocen dos tipos de productividad primaria: la productividad primaria bruta y la productividad primaria neta. La productividad primaria bruta (PPB) se refiere a la cantidad de energía que es captada por los productores, guardada como materia orgánica y almacenada en un área y tiempo determinados. La productividad primaria neta (PPN) es la cantidad total de energía captada por los productores, menos la energía utilizada en la respiración celular, o sea, es la energía que se almacena en biomasa y puede ser aprovechada por otros niveles tróficos en un área y tiempo determinados.
A la cantidad de energía química contenida en los alimentos de los consumidores que pasa a formar parte de su nueva biomasa, es decir, nuevos tejidos, durante un periodo de tiempo determinado se le denomina producción secundaria. Esta acumulación de energía por los organismos consumidores depende de la eficiencia del proceso digestivo, del tipo de herbívoros, etc. Una vez que el herbívoro consume una planta, hay una gran cantidad de material que pasa por su organismo, pero, que no se asimila y se elimina como heces. La energía contenida en ella no se pierde del ecosistema porque será utilizada por los detritívoros y los descomponedores, sin embargo, es desperdiciada desde el punto de vista del herbívoro. De lo que asimila, debe destinar una porción a mantención y a reproducción. Solo después de esto puede formar nuevos tejidos (biomasa), crecer, depositar grasa, etc. que es lo que quedará disponible al consumidor que se coma al herbívoro.
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En promedio, solo un 10% de la biomasa del primer nivel trófico se transforma en biomasa del segundo nivel. Muchos factores pueden interactuar para determinar la productividad primaria. Algunas plantas son más eficaces que otras para fijar carbono. Los factores ambientales también son importantes, entre estos se incluyen la disponibilidad de energía solar, minerales y agua. Otros factores a considerar son los climáticos, el grado de madurez de la comunidad y la severidad de la modificación humana del ambiente. Todos factores difíciles de valorar, en particular a gran escala. En consecuencia la productividad primaria determinará la biodiversidad de organismos presentes en un ecosistema, por lo que la mayor riqueza de especies se encuentra en el ecosistema donde la PPN es mayor. Los ecosistemas difieren notablemente en sus productividades primarias. Por ejemplo los bosques tropicales tienen la mayor productividad, tal vez como resultado de la abundancia de lluvias, temperaturas cálidas e intensa luz solar y como podría esperarse los desiertos, debido a su falta de precipitación pluvial, son los ecosistemas terrestres menos productivos. En los ecosistemas la disponibilidad del agua afecta la PPN, como también la disponibilidad de minerales esenciales como nitrógeno y fosforo. Los humedales, que conectan ambientes terrestres y marítimos son extremadamente productivos. Los sistemas acuáticos más productivos son los lechos de algas, arrecifes de coral y estuarios. La falta de disponibilidad de minerales en la región iluminada por el Sol en mar abierto hace que esta área sea extremadamente improductiva, equivalente a un desierto acuático.
A sí mismo, la productividad primaria determinará la biodiversidad en un ecosistema, por lo que la mayor riqueza de especies se encuentra en ecosistemas donde la PPN son mayores.
IMPORTANTE Los organismos productores solo pueden aprovechar y almacenar el 1% de la energía solar disponible. Alrededor del 98-99% se “pierde”. Del total almacenado, cerca del 90% se usa en respiración y reproducción, mientras que sólo el 10% queda disponible para ser transferido a los siguientes niveles tróficos. Es precisamente esta “ineficiencia” en el flujo energético de la comunidad lo que limita la cantidad de eslabones que posee una determinada red trófica.
RESPONDA 1. Se presenta una tabla con los datos de tres ecosistemas con sus respectivos valores correspondientes a la productividad primaria neta de cada uno de ellos. Ecosistemas
PPN (Kcal/m2/año
1
900
2
315
3
12
De acuerdo a la tabla, ¿Cuál de los tres ecosistemas debería presentar la mayor riqueza de especies?
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
PIRÁMIDES TRÓFICAS Una pirámide es una representación gráfica de la energía, del número de organismos y de la biomasa en cada uno de los niveles tróficos de un ecosistema. Cada nivel trófico está representado por una capa o segmento en la pirámide, en cuya base se ubican los productores, luego los herbívoros y finalmente los carnívoros.
PIRÁMIDE DE ENERGÍA La transferencia neta de energía entre los niveles tróficos tiene una eficiencia aproximada del 10%. Transferencia poco eficiente conocida como “ley del 10%”. Esto significa que la energía almacenada en los consumidores primarios, corresponde solo al 10% de la energía almacenada en los productores. En otras palabras, por cada 100 calorías de energía solar captadas por el pasto, solo 10 calorías se convierten en biomasa de herbívoros y solo 1 caloría de los carnívoros.
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La pirámide de energía muestra la cantidad máxima de energía en su base y va disminuyendo siguiendo la ley del 10% en los niveles superiores. Esto ocurre porque gran parte de la energía se usa los procesos metabólicos de los organismos de cada nivel y se mide como calorías usadas en la respiración. Las pirámides de energía siempre tienen bases grandes y se hacen progresivamente más pequeñas a través de los niveles tróficos para mostrar que la mayor parte de la energía se disipa hacia el ambiente cuando hay una transición de un nivel trófico al siguiente. Menos energía llega a cada nivel trófico sucesivo desde el nivel inferior porque los organismos en el nivel inferior usan algo de la energía para realizar trabajo y algo de esta se disipa como calor. Ningún proceso biológico es 100% eficaz y la Segunda Ley de la Termodinámica* explica por qué hay pocos niveles tróficos: las pirámides de energía son cortas debido a la notoria reducción del contenido de energía que ocurre en cada nivel trófico sucesivo.
* En cada transferencia o transformación de energía, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor.
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PIRÁMIDE DE NÚMERO DE ORGANISMOS Las relaciones energéticas entre los niveles tróficos determinan la estructura de un ecosistema en función a la cantidad de organismos y la cantidad de biomasa presente, lo cual también puede ser descrito en pirámides. La pirámide de número muestran el número de organismos que existe por unidad de superficie o de volumen.
Por ejemplo, para un ecosistema de una pradera de gramíneas, plantas pequeñas que se requieren en gran cantidad para mantener a los consumidores primarios (herbívoros), se describe en la pirámide (a). La pirámide (b), describe otro tipo de pirámide de número de organismos, donde los productores primarios son grandes, por ejemplo, un árbol, productor que puede mantener a muchos consumidores primarios, por eso su forma invertida.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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PIRÁMIDE DE BIOMASA Estas pirámides muestran la cantidad de biomasa presente en cada nivel trófico. La biomasa es una estimación cuantitativa de la masa total o cantidad de materia viva en un ecosistema en un momento particular. En este tipo de pirámide, por lo general se observa que, a medida que avanzan los niveles tróficos, disminuye la biomasa que reciben los organismos como se representa en la pirámide (a). Sin embargo, existen ecosistemas marinos en los cuales los consumidores primarios superan a los productores, y por ello exhiben una forma invertida, como en la pirámide (b).
Esto ocurre cuando los productores tienen una tasa de reproducción muy elevada, como es el caso del fitoplancton en ecosistemas oceánicos. La masa de fitoplancton observable en cada momento puede ser menor que la masa de zooplancton que se alimenta de ella. Esto porque la tasa de crecimiento de la población de fitoplancton es mucho más alta que la de la población de zooplancton. Por ello, una pequeña biomasa de fitoplancton puede suministrar alimento a una biomasa mayor de zooplancton.
Pirámide de Biomasa, con la disposición más habitual en un ecosistema terrestre.
Pirámide de Biomasa invertida, lo que sucede habitualmente en ecosistema marinos
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BIOACUMULACIÓN Y MAGNIFICACIÓN BIOLÓGICA Ciertas toxinas, incluidos algunos pesticidas, isótopos radiactivos, metales pesados como mercurio, plomo, cromo y productos químicos industriales como los bifenilos policlorados (PCB), entran a las cadenas tróficas y son transferidos a los niveles de la misma. El efecto del pesticida DDT (diclorodifeniltricloroetano) sobre algunas especies de aves atrajo la atención de los científicos. Los halcones, pelícanos, águilas pescadoras y muchas otras aves son sensibles a trazas de DDT en sus tejidos. Evidencias científicas indican que uno de los efectos del DDT sobre estas aves es que sus huevos tienen cascarones extremadamente delgados y frágiles que suelen romperse durante la incubación, provocando la muerte de los polluelos. Después de 1972, el año en que el DDT fue prohibido en Estados Unidos, el éxito reproductivo de muchas aves mejoró gradualmente. El impacto del DDT sobre las aves es el resultado de tres características del insecticida (y de otras toxinas que ocasionan problemas en las redes alimentarias: su persistencia, bioacumulación y magnificación biológica. Algunas toxinas son extremadamente estables y pueden ser necesarios muchos años para descomponerlas a formas menos tóxicas. La persistencia de los pesticidas sintéticos y los productos químicos es el resultado de sus nuevas estructuras químicas. Estas toxinas se acumulan en el ambiente porque las formas de degradarlas no han evolucionado en los descomponedores naturales como las bacterias. Cuando un organismo no metaboliza (degrada) o no excreta una toxina persistente, esta simplemente se almacena, usualmente en el tejido graso.
Con el tiempo, el organismo puede acumular altas concentraciones de la toxina. A esta acumulación de una toxina en el organismo se conoce como bioacumulación. Los organismos en niveles tróficos superiores en las redes alimentarias tienden a almacenar mayores concentraciones de toxinas bioacumuladas en sus tejidos que los que se encuentran en los niveles inferiores. El incremento en concentración a medida que la toxina pasa por niveles sucesivos de la red alimentaria se conoce como magnificación biológica. Las pirámides de biomasa permiten visualizar este fenómeno.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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RESPONDA 1. ¿Cuál de las siguientes pirámides de número es la que mejor representa a que un rosal es capaz de alimentar a miles de pulgones, los cuales a su vez pueden ser consumidos por unas pocas chinitas?
2. En el gráfico se muestra la cantidad de energía en cinco organismos que componen una cadena trófica completa.
De acuerdo con lo anterior, ¿cuál de los organismos corresponde a: A. Productor
B. Consumidor primario
C. Consumidor secundario
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CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Como se planteó antes, la energía fluye por los ecosistemas. Como son sistemas abiertos necesitan de un constante ingreso de energía siendo la puerta de entrada los organismos fotosintéticos.
En estas series de reacciones químicas e intercambios entre la atmósfera, los suelos y los seres vivos, se van formando la materia orgánica basada en el carbono, hidrógeno, oxígeno (agua) y el nitrógeno.
Por otra parte, la materia transita en forma cíclica por los ecosistemas, y lo hace fluyendo entre los organismos (factores bióticos) y los componentes sin vida (factores abióticos), como el aire o el suelo, que los conforman.
Estos ciclos de la materia que dependen de los procesos geológicos, se denominan ciclos biogeoquímicos y son procesos regulares y básicos para el mantenimiento de la vida en el planeta.
Globalización de los ciclos biogeoquímicos
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
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CICLO DEL CARBONO Mediante la fotosíntesis, los organismos autótrofos como las plantas absorben el dióxido de carbono existente en el aire o en el agua. Esto también lo hacen algunas bacterias de ecosistemas especiales como volcanes submarinos, proceso conocido como quimiosíntesis. En ambos casos lo acumulan en los tejidos, en forma de grasas, proteínas e hidratos de carbono. Estos organismos productores de materia orgánica también devuelven un porcentaje al ambiente como CO2. Posteriormente, los animales herbívoros (consumidores primarios) se alimentan de estos vegetales, de los que obtienen energía, para después, siguiendo las cadenas tróficas, transferir esa energía a los demás niveles como los carnívoros que se alimentan de los herbívoros (consumidores secundarios). La energía consumida sigue varios caminos. Por un lado es devuelta a la atmósfera como dióxido de carbono mediante la respiración.
Por otro lado, se deriva hacia el medio acuático, donde puede quedar como sedimentos orgánicos, o combinarse con las aguas para producir carbonatos y bicarbonatos (constituyen el 71% de los recursos de carbono de la Tierra). En su acumulación en las zonas húmedas genera turba, resultado de una descomposición incompleta, lo que da lugar a la formación de depósitos de combustibles fósiles como petróleo, carbón y gas natural. A través de la combustión o quema de los combustibles fósiles ,como también lo que ocurre en la actividad volcánica y en los incendios forestales se libera carbono a la atmósfera, en forma de CO2 . El ciclo del carbono se completa gracias a los organismos descomponedores, los cuales llevan a cabo el proceso de descomposición de los restos orgánicos, cadáveres, excrementos, etc.
Ciclo del Carbono
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CICLO DEL NITRÓGENO Los organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas fundamentales del metabolismo. Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en estado gaseoso, N2, pero, esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).
En los ecosistemas naturales, muchos procesos, como la producción primaria y la descomposición, están limitados por la cantidad disponible de nitrógeno. En otras palabras, el nitrógeno a menudo es el nutriente limitante, que está disponible en una cantidad mínima y que, por lo tanto, limita o restringe el crecimiento de los organismos o las poblaciones. El ciclo del nitrógeno, ocurre a través de varias etapas: A. Fijación de nitrógeno. B. Amonificación. C. Nitrificación. D. Desnitrificación. E. Asimilación.
Ciclo del Nitrógeno
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
El nitrógeno es un constituyente esencial de las proteínas, un componente básico de todos los tejidos vivos. También es el principal constituyente (79 % en volumen) de la atmósfera. La paradoja reside en que en estado gaseoso (N2), aunque es abundante, debido a su carácter inerte, no es aprovechable por la mayoría de formas de vida. Antes de poder ser utilizado, debe convertirse a otras formas químicas más reactivas. La transformación a estas otras formas en que ocupa la mayor parte del ciclo del nitrógeno. Para ser utilizado, el nitrógeno molecular ha de ser fijado. Esta fijación ocurre de dos modos. El primero es una fijación por acción química de alta energía. La radiación cósmica, las estelas de los meteoritos y los relámpagos proporcionan la alta energía necesaria para combinar nitrógeno con oxígeno y con agua. El amoniaco y los nitratos resultantes son llevados a la superficie terrestre por las lluvias. Los cálculos sugieren que menos de 8,9 Kg N2/ha llegan a la tierra anualmente de esta forma. Unos dos tercios de esta cantidad llegan como amoniaco y un tercio como ácido nítrico. El segundo método de fijación es biológico. Este método produce de 100 a 200 kg N2/ha, o aproximadamente el 90 % del nitrógeno fijado aportado a la tierra cada año. Esta fijación se lleva a cabo por las bacterias fijadoras de nitrógeno, algunas de ellas simbióticas, que viven en asociación con las raíces de plantas leguminosas como las del género Rhizobium y con plantas no leguminosas a las que producen nódulos en las raíces, por bacterias de vida libre aeróbicas (Azotobacter) y por cianobacterias (algas verdeazuladas) o en condiciones anaeróbicas (Clostridium pasteurianum). Otra fuente de nitrógeno es la materia orgánica. La materia orgánica en descomposición libera nitrógeno en el ecosistema en forma de amoniaco (amonificación) y es el punto de arranque de otras fases del ciclo del nitrógeno: los procesos de nitrificación y desnitrificación.
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En la amonificación, los organismos descomponedores rompen las estructuras de los aminoácidos de la materia orgánica para obtener energía liberando el grupo amino en forma de amoniaco, NH3, o en forma de amonio, NH4+. Es una reacción unidireccional y estos compuestos son absorbido directamente por las raíces de las plantas e incorporado a sus procesos de síntesis de aminoácidos, los que constituirán materia proteica y que pasará posteriormente a los componentes de la cadena alimenticia. La nitrificación es un proceso biológico en el cual el amoniaco es oxidado por bacterias nitrificantes a nitritos y nitratos, produciendo energía. Dos grupos de microorganismos están implicados: las bacterias del género Nitrosomonas que utilizan el amoniaco del suelo como su única fuente de energía y promueven su transformación a nitritos y agua, y las del género Nitrobacter, otro grupo de bacterias que toman posteriormente estos nitritos transformándolos en nitratos. Estas bacterias son consideradas quimiosintéticas porque aprovechan estas reacciones de oxidación para obtener energía para convertir materia inorgánica en orgánica. La desnitrificación ocurre cuando el nitrato puede transformarse en nitrógeno molecular gaseoso (N2) por la acción de las bacterias desnitrificantes, representadas por numerosas especies del género Pseudomonas y también por el Thilobacillus denitrificans. La asimilación consiste en la incorporación del nitrógeno como, nitrito, nitrato o amonio, por la planta, siendo esta última molécula la más importante ya que es el paso intermedio en el que el nitrógeno pasa de su forma inorgánica a orgánica, formando esta última parte de biomoléculas más grandes como las proteínas.
El nitrógeno y el fósforo son los dos nutrientes limitantes más comunes tanto en los ecosistemas naturales como en la agricultura. Esta es la razón por la que verás que la etiqueta de la bolsa del fertilizante dice contener sales de nitrógeno y fósforo.
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BIOMAS DE CHILE Un bioma corresponde al conjunto de ecosistemas característicos de una zona biogeográfica que comparten, clima vegetación y fauna. En Chile se pueden distinguir los siguientes tipos de biomas.
BIOMA DE DESIERTO Corresponde a gran parte del territorio del extremo norte del país hasta la II Región de Antofagasta. Su característica principal es la escasez de precipitaciones y una marcada oscilación térmica entre el día y la noche. La vegetación es escasa y muy localizada en zonas costeras consecuencia de la camanchaca. Entre la fauna se pueden encontrar vicuñas, zorros, vizcachas, y la flora se caracteriza por la existencia de varias especie de cactáceas y el tamarugo.
BIOMA DE MATORRAL Y DE BOSQUE ESCLERÓFILO Este bioma corresponde a zonas comprendidas entre la Región de Coquimbo y la del Biobío. Se caracteriza más hacia el norte por tener pocas lluvias en el invierno y temperaturas más estables (alrededor de 20 °C). Desde la región de Valparaíso al sur donde las precipitaciones son más abundantes en invierno, pero, con varios meses secos, se presentan especies que forman el Bosque Esclerófilo (especies que poseen hojas pequeñas, duras y de raíces profundas adaptadas a largos períodos de sequía y calor) como el litre, el peumo y el quillay. Algunos animales que se encuentran son aves como diucas, tórtolas y mamíferos como el zorro culpeo.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
BIOMA DE SELVA Presente desde la parte sur de la Región del Biobío hasta la Zona Austral de Chile. Se caracteriza por presentar lluvias durante todo el año, con temperaturas máximas promedio de 10-15°C. Esta zona está constituida por los bosques húmedos templados de la Región de Los Ríos y la Isla Grande de Chiloé. Entre las especies que destacan están el coihue, el canelo y diferentes especies de helechos. Algunos animales que se desarrollan en este bioma son anfibios, como la ranita de Darwin y marsupiales como el monito del monte
BIOMA DE ESTEPA Este bioma tiene una distribución muy reducida en las regiones de Aysén y Magallanes con temperaturas bajas (no superan los 6 °C y) lluvias intensas pero bastante menores a las presentes en el bioma de selva. Se caracteriza por un territorio llano y la presencia de grandes extensiones de pastizales (en champas) y arbustos escasos y de pequeño tamaño. Entre los animales que se encuentran los guanacos, quirquinchos, zorros, ovejas, liebres y algunas aves como el caiquén.
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BIOMA DE CORDILLERA Este bioma presenta muy diversos ecosistemas, pero todos ellos asociados a las diferentes altitudes y latitudes en las que están representadas la Cordillera de los Andes y la Cordillera de la Costa. En sus zonas más altas se caracteriza por presentar una flora similar a la de estepa, con pastizales y con la particular presencia de plantas en cojín, como la llareta, que se caracterizan por sobrevivir fácilmente el período invernal, inclusive cubiertas de varios metros de nieve.
Una especie característica del bioma de cordillera de las regiones del Biobío y de La Araucanía es el maihuén, que también adopta morfologías de cojín. Se encuentran animales como pumas en las partes medias y altas y en las inmediaciones de la Región del Biobío, y desde la Región de Aysén hacia el sur, huemules.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Organismo autótrofos Organismo heterótrofos Fotosíntesis Producción primaria Pirámides tróficas Transferencia de energía Bioacumulación Ciclos biogeoquímicos Biomas
Sí
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No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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UNIDAD 4 IMPACTO HUMANO EN LOS ECOSISTEMAS Y BIODIVERSIDAD En la actualidad casi ya no quedan ecosistemas libres de intervenciones humanas, incluso ecosistemas que hasta hace pocos años eran muy poco conocidos, como los presentes en los fondos marinos, ahora son sometidos a explotaciones de distinto tipo y utilizados como receptores de residuos tóxicos. Se suma además a estos los casquetes polares, ambientes que parecieran estar poco modificados por el impacto de las actividades humanas, pero, también se encuentran considerablemente afectados. La especie humana es parte de la naturaleza y la modifica de distintas maneras. Nuestra especie, como todas, forma parte de una compleja red de relaciones con otros componentes del ecosistema. Su progreso sociocultural siempre ha dependido y dependerá de su interacción con el ambiente y con otras especies por lo tanto las consecuencias de las alteraciones de los ecosistemas impactan en la mantención de la biodiversidad. Además de su valor intrínseco, la biodiversidad entrega beneficios directos como es ser fuente de alimentos, materias primas y recursos genéticos (biotecnología) e indirectos, los cuales surgen a partir del flujo de materia y energía de los ecosistemas, como el control de la erosión, purificación y almacenamiento de agua por plantas y microorganismos y polinización y dispersión de semillas. El sistema constituido por los factores abióticos y bióticos y sus interacciones poseen mecanismos de autorregulación, pero esta capacidad tiene un límite. Cuando se sobrepasa este límite, el sistema se daña.
CONCEPTOS CLAVE Cambio global Efecto invernadero Cambio climático Contaminación ambiental
Biodiversidad Especies nativas Recursos naturales y energéticos Desarrollo sustentable
ALTERACIONES DE LOS ECOSISTEMAS DEBIDO A LA ACTIVIDAD HUMANA CONTAMINACIÓN DEL SUELO, AGUA Y AIRE La contaminación es el deterioro del ambiente como consecuencia de la presencia de sustancias perjudiciales o del aumento exagerado de algunas sustancias que forman parte del medio. Las sustancias que causan el desequilibrio del ambiente se denominan contaminantes y pueden encontrarse en el aire, en el agua y en el suelo.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
La contaminación ambiental implica la presencia de cualquier sustancia que provoque algún daño o desequilibrio en un ecosistema, lo que impacta directamente sobre los seres vivos que habitan en él. La presencia de contaminantes en el ambiente tiene relación directa con el aumento de la población humana y su creciente demanda de energía y de bienes de consumo, el uso combustibles fósiles, la producción de basura y desechos industriales. Cuando se usan pesticidas en los cultivos agrícolas, estos quedan en el suelo por varios años y se incorporan al mundo orgánico, causando la muerte de la fauna por envenenamiento. También, la basura acumulada, como bolsas y botellas plásticas, impide el normal crecimiento vegetal, pudiendo también contaminar los océanos. Pero uno de los principales problemas que afrontan las ciudades contemporáneas es la contaminación ambiental, es decir, la presencia en el ambiente de cualquier agente físico, químico o biológico en formas y concentraciones que pueden ser nocivas para los seres vivos. Entre los agentes contaminantes de las ciudades se destacan el uso de medios de transporte, como automóviles, y las industrias.
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La palabra esmog proviene de la contracción de dos palabras inglesas: smoke (humo) y fog (niebla). El esmog se forma por la combinación de vapor de agua con humo (que contiene monóxido de carbono) y hollín. Este fenómeno era típico en las ciudades que utilizaban el carbón como principal fuente de energía. Actualmente es un problema que padecen las grandes ciudades por la intensa actividad industrial y la enorme circulación de automóviles. Las industrias generan distintos tipos de residuos tóxicos, gaseosos, líquidos o sólidos. En muchas ciudades se realizan controles para disminuir la contaminación de las industrias, como la prohibición de que estas se instalen en las ciudades y su reubicación en la periferia urbana. En muchas ciudades del mundo, el principal esfuerzo para mitigar la contaminación lo hacen las mismas empresas industriales aplicando diversos métodos para reciclar los productos tóxicos o reducir su producción.
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Las emisiones gaseosas de los automóviles aportan casi el 70 % del monóxido de carbono presente en la atmósfera, del 25 al 50 % de los óxidos de nitrógeno, y el 20 al 24 % de los hidrocarburos. También emiten partículas finas de dióxido de azufre, plomo y humo, entre otros. El principal efecto de esta contaminación en la salud humana son las afecciones de las vías respiratorias. La contaminación acústica se hace mas evidente en los barrios céntricos de las grandes ciudades, donde la circulación de vehículos es intensa. También es muy común en las cercanías de autopistas, vías de ferrocarril y aeropuertos. En las ciudades se produce cada vez mas basura que proviene de hogares, oficinas, hospitales, escuelas. Su acumulación se convierte en fuente de contaminación. Para evitar sus efectos negativos en algunas ciudades se procesa la basura mediante técnicas de reciclado.Los aparatos de calefacción y refrigeración emiten alrededor del 20 al 30 % de los contaminantes atmosféricos.
LLUVIA ÁCIDA Cuando en la atmósfera se combina el vapor de agua con óxido de azufre y óxido de nitrógeno, provenientes de la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y sus derivados), se forma ácido sulfúrico y ácido nítrico. Estos llegan al suelo con la lluvia, niebla, nieve o granizos, incluso en lugares muy alejados de las fuentes contaminantes, ya que el viento los arrastra. Esta lluvia ácida daña directamente la vegetación. También produce la acidificación de lagos y suelos, lo que altera el funcionamiento del ecosistema.
DESTRUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO El ozono se forma en las capas superiores de la atmósfera cuando la radiación ultravioleta proveniente del sol rompe los dobles enlaces de la molécula de oxígeno. El ozono absorbe la radiación ultravioleta protegiendo eficazmente a la tierra. Cuando el ozono está ausente, una mayor cantidad de radiación ultravioleta penetra la atmósfera hasta la superficie de la tierra en donde su presencia daña la salud. El cáncer de piel es una de las consecuencias de mucha exposición a los rayos UV ya que dañan el ADN de las células de la piel. Los cánceres de piel comienzan cuando este daño afecta el ADN de los genes que controlan el crecimiento de las células de la piel, pero también hay otros efectos. Las quemaduras y los bronceados son los resultados a corto plazo de la exposición excesiva a los rayos UV, y son señales de daño a la piel. La exposición prolongada puede causar envejecimiento prematuro de la piel, arrugas, pérdida de la elasticidad de la piel, manchas oscuras (pecas, algunas veces llamadas “manchas de envejecimiento” y cambios precancerosos de la piel (tal como áreas ásperas, secas y escamosas.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
Los rayos UV del sol también aumentan el riesgo de una persona de cataratas y ciertos otros problemas visuales. También pueden suprimir el sistema inmunitario de la piel. Las personas de piel oscura por lo general tienen una probabilidad menor de padecer cáncer de piel en comparación con la gente de piel blanca, aunque éstas aún pueden padecer cataratas y supresión del sistema inmunológico. Los estudios satelitales de la atmósfera sugieren que la capa de ozono se está “adelgazando” de manera gradual desde 1975. La destrucción del ozono atmosférico se debe, en gran parte, a la acumulación de compuestos clorofluorocarbonados (CFC), utilizados para refrigeración, como propelentes en aerosoles y en ciertos procesos industriales. Cuando los productos de degradación de estas sustancias químicas se elevan a la estratósfera, el cloro contenido en ellas reacciona con el ozono y lo reduce a O2 molecular. Las reacciones químicas siguientes liberan cloro, y éste reacciona con otras moléculas de ozono en una reacción catalítica en cadena. El efecto es más notorio en la Antártida, donde las temperaturas de invierno facilitan estas reacciones atmosféricas. Los científicos describieron por primera vez el “agujero de ozono” sobre la Antártida en 1985 y, desde entonces, han documentado que se trata de un fenómeno estacional que aumenta y disminuye de forma cíclica a lo largo del año. Sin embargo, la magnitud de la disminución del ozono y el tamaño del agujero de ozono han aumentado en los últimos años, y, en ocasiones, el agujero se extiende hasta las zonas del sur de Australia, Nueva Zelanda y Sudamérica.
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Una característica importante de la capa de ozono, es que tiene un comportamiento extremadamente dinámico y su grosor varía constantemente dependiendo de la ubicación geográfica (es más delgada en el ecuador que en latitudes medias y en general, en el hemisferio sur los niveles de la capa de ozono son más bajos que en el hemisferio norte). También depende de las estaciones (los niveles más bajos se presentan a fines del invierno e inicio de primavera y los más altos, a fines del verano e inicio de otoño en ambos hemisferios). Finalmente algunos fenómenos naturales son responsables del desplazamiento de las moléculas de ozono como la actividad solar, las explosiones volcánicas que aportan gases que destruyen el ozono y las corrientes de aire de la estratósfera.
EFECTO INVERNADERO Y CALENTAMIENTO GLOBAL El efecto invernadero es un fenómeno natural y beneficioso para la vida del planeta, ya que de no ser por el la temperatura de la Tierra seria de 18 ºC bajo cero. Gases como el dióxido de carbono (CO2), el metano y el vapor de agua son llamados gases de efecto invernadero, pues atrapan el calor del sol en las capas inferiores de la atmósfera, sin ellos, nuestro planeta se congelaría y nada podría vivir en él. Como ocurre en un invernadero, la radiación del sol calienta el aire que hay dentro del lugar, y el cristal o el plástico que lo recubre no dejan que el calor salga. En el planeta, la función de la cubierta aislante la cumplen el dióxido de carbono y otros gases de invernadero, como el metano o el óxido nitroso. El calentamiento global también ocasionará que se evapore más agua de los océanos. El vapor de agua, a su vez, actúa como gas de invernadero, lo que genera un mayor calentamiento y un “efecto amplificador”.
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El calentamiento global es producto de la acción humana y se relaciona con la emisión a la atmósfera de grandes cantidades de gases de invernadero. Los gases de invernadero impiden que el calor salga reflejado hacia el espacio; esto aumenta la temperatura. Si el calor sigue aumentando, los hielos polares se derretirán. Esto provocará la inundación de las zonas costeras. Desde la década de 1990 en adelante los veranos han sido los mas calurosos desde que se llevan registros. De hecho, las olas de calor extremo causaron muchas muertes en Europa y Asia. En zonas alejadas del mar, el calentamiento produce la evaporación del agua del suelo y, por tanto, aridez. Esto afectara las actividades agropecuarias, lo que ocasionará sequías, desertificación e incendios forestales. Las principales fuentes de Gases de efecto invernadero (GEI) son ; las plantas termoeléctricas que generan energía eléctrica a base de carbón ,las industrias del plástico y la quema de combustibles que producen óxido nitroso, cuyo poder es tres veces mayor que el del CO2 y se combina para crear la lluvia ácida.
También la ganadería y agricultura intensivas producen la descomposición de la materia orgánica en metano que, como gas de invernadero, es 58 veces más potente que el CO2. Asimismo los Aerosoles, espumas y refrigeración generan clorofluorocarburos (CFC), cuyo poder invernadero es miles de veces mayor que el del CO2 y participan en la expansión del agujero de ozono y finalmente los vehículos que funcionan mediante la quema de combustibles fósiles.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
FOTOSÍNTESIS CONTRA EL CALENTAMIENTO GLOBAL Los vegetales aprovechan el gas dióxido de carbono, la energía solar y el agua para crear su propio alimento a partir de un proceso llamado fotosíntesis. La tala indiscriminada de arboles incrementa el calentamiento global. Al haber millones de árboles menos, una gran proporción de dióxido de carbono queda en la atmosfera sin ser utilizada para realizar la fotosíntesis. Una manera de ayudar a reducir las emisiones contaminantes es a través de los bonos de carbono (también llamados “créditos de carbono”). Son un mecanismo internacional indicador de descontaminación con el propósito de reducir las emisiones contaminantes al medio ambiente. Es uno de los tres mecanismos propuestos en el Protocolo de Kioto para la reducción de emisiones GEI. Un bono de carbono representa el derecho a emitir una tonelada de dióxido de carbono. La transacción de los bonos de carbono permite mitigar la generación de gases invernadero, beneficiando a las empresas que no emiten o disminuyen la emisión y haciendo pagar a las que emiten más de lo permitido.
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EUTROFICACIÓN Un exceso de nutrientes disponibles en un lago o laguna puede desencadenar el proceso de eutroficación. Este provoca una disminución de la biodiversidad del lago. Muchos de los lagos del sur de nuestro país son oligotróficos, es decir, mantienen una baja concentración de nitrógeno y fósforo, lo cual permite la vida de su flora y fauna. Sin embargo, cuando sus aguas reciben contaminantes ricos en fósforo y nitrógeno, presentes en las aguas servidas o en los fertilizantes arrastrados por los ríos, estos elementos dejan de ser limitantes para el crecimiento de las microalgas del fitoplancton y estas comienzan a proliferar, volviendo la superficie del agua verde y turbia. Al morir, el fitoplancton es descompuesto por bacterias aeróbicas del fondo y su gran utilización del oxígeno hace que el ambiente se vuelva anaeróbico. Debido a la falta de oxígeno, muchos animales empiezan a morir y las bacterias anaeróbicas realizan procesos fermentativos que liberan gases, como el ácido sulfhídrico y amoníaco, de olor desagradable. Finalmente, el lago puede quedar convertido en un pantano.
Con estos bonos se financian proyectos de captura o abatimiento de estos gases en países en vías de desarrollo, acreditando tales disminuciones y considerándolas como si hubiesen sido hechas en su territorio. CALENTAMIENTO GLOBAL Y CAMBIO CLIMÁTICO El cambio climático se define como “un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmosfera y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante periodos de tiempos comparables”. En las publicaciones científicas, el calentamiento global significa el aumento de las temperaturas superficiales, mientras que el cambio climático incluye al calentamiento global y todo lo que el incremento de los niveles de gases de efecto invernadero produce.
Cientos de peces muertos por fenómeno de eutroficación en Laguna de Aculeo correspondientes de la especie Cyprinus carpio, que son conocidos comúnmente como carpas.
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TÓXICOS AMBIENTALES Como consecuencia de las actividades productivas para dar satisfacción a los requerimientos de una población humana que crece exponencialmente, el humano libera al ecosistema una gran variedad de sustancias químicas tóxicas, entre las cuales se cuentan miles de sustancias sintéticas que antes no existían en la naturaleza sin tener en cuenta las consecuencias ecológicas.
Los organismos incorporan las sustancias tóxicas del ambiente junto con los nutrientes y el agua. Parte de estas sustancias se metabolizan y se excretan, pero otras se acumulan en tejidos específicos, en especial, en los tejidos adiposos. Una de las razones por las cuales estas toxinas son, en particular, dañinas es porque se concentran cada vez más en los niveles tróficos sucesivos de una red alimentaria, en un proceso llamado biomagnificación
Magnificación biológica del PCB en una red alimentaria de los Grandes Lagos.
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ALTERACIONES DE LA BIODIVERSIDAD DEBIDO A LA ACTIVIDAD HUMANA DESTRUCCIÓN Y FRAGMENTACIÓN DE LOS HÁBITATS La deforestación para la explotación maderera o para abrir espacio para nuevas tierras de cultivo destruye el hábitat de las poblaciones que viven en el bosque y provoca la erosión del suelo siendo la causa más importante de amenaza para la biodiversidad. El Bosque Valdiviano, por ejemplo, sufrió un gran daño durante la colonización del sur de Chile, pues fue incendiado con el propósito de obtener campos para el cultivo y la ganadería. Muchas veces, la construcción de grandes ciudades y carreteras provocan la utilización de suelos y el desplazamiento de ecosistemas o su completa destrucción. Por construcción de represas. En muchas ocasiones, la inundación de grandes extensiones de terreno destruye o altera el hábitat y el nicho ecológico de numerosas poblaciones. En diferentes lugares de la Región de Aysén aún es posible observar los efectos de los extensos incendios forestales usados para abrir el territorio para permitir el establecimiento de actividades ganaderas.
Carreteras. Son un ejemplo de la fragmentación de hábitats, la que se define como “la interrupción de extensos hábitats naturales en parches aislados y pequeños” .(También puede ocurrir de manera natural por procesos geológicos).
SOBREEXPLOTACIÓN La sobreexplotación o captura excesiva consiste en la caza ilegal y excesiva de determinadas especies y constituye una amenaza tanto para los organismos explotados como para quienes interactúan con estos. También la captura de organismos de especies silvestres, como el loro tricahue, para venderlos como mascotas disminuye su abundancia, así como la captura de depredadores puede producir desequilibrio en el ecosistema. Por ejemplo, algunas personas, por superstición, matan a búhos y lechuzas, animales que depredan y mantienen bajo control a las poblaciones de ratones, incluyendo a los ratones colilargos.
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INTRODUCCIÓN DE NUEVAS ESPECIES En este tipo de intervenciones, consideradas como contaminación biológica, las especies pueden ser introducidas en forma intencional o inadvertida y potencialmente pueden cambiar las relaciones entre las especies nativas. En el archipiélago Juan Fernández hay varios ejemplos de esto: la introducción de cabras y conejos ha puesto en peligro, o al borde de la desaparición, a varias especies vegetales únicas en el mundo; la zarzamora ha provocado la destrucción de cerca del 80 % del bosque nativo, debido a su altísima reproducción. El equilibrio ecológico es el resultado de la interacción que establecen los diferentes seres vivos entre sí y con su ambiente. La introducción de especies foráneas o no autóctonas, la destrucción del hábitat, la explotación irracional de algunas poblaciones han llevado a la disminución de la diversidad, originando problemas de conservación en algunos casos, e incluso la extinción de especies alterando este delicado equilibrio. A continuación se presenta una categorización de las especies, desde las extintas hasta las vulnerables. Especies extintas. Aquellas especies no localizadas en los últimos 50 años. Ejemplos: toromiro de Isla de Pascua, sándalo de Juan Fernández. Especies en peligro de extinción. Especies cuya sobrevivencia es poco probable si se siguen dando los factores causales de peligro. Ejemplos: gato montes andino, loro tricahue, huemul, zorro de Darwin, chinchilla cordillerana. Especies vulnerables. Son aquellas sobre las que se cree que pasarán a la categoría anterior en un futuro.
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ECOLOGÍA DE LA CONSERVACIÓN Puesto que la destrucción y la fragmentación del hábitat son factores clave que amenazan la biodiversidad, la preservación del hábitat es esencial. Las reservas o áreas protegidas, conectadas mediante corredores de vida silvestre, son vitales para conservar los ecosistemas naturales. ÁREAS PROTEGIDAS La mayor parte de los esfuerzos de conservación en el pasado se enfocaron en salvar a las especies individuales, y este trabajo continúa. Sin embargo, cada vez más, la biología de la conservación pretende ayudar a la sustentación de la biodiversidad de comunidades y ecosistemas en su totalidad, y en una escala cada vez mayor, la biodiversidad de paisajes enteros. Varios países han adoptado el enfoque de reserva biológica para el manejo del ambiente. La reserva biológica es una región extensa de territorios que incluye una o más áreas no alteradas por el ser humano rodeadas por suelos que han sido modificados por la actividad humana y que se utilizan para la explotación económica. El desafío clave de esta estrategia comprende el desarrollo de un clima social y económico en las tierras vecinas compatibles con la viabilidad en el largo plazo del área protegida. Estas áreas vecinas se continúan utilizando para el sostén de la población humana, pero, con regulaciones que impiden alteraciones extensas que pudieran afectar el área protegida. En consecuencia, los tractos de tierra vecinos sirven como zonas amortiguadoras (buffer) frente a la mayor invasión del área no alterada.
CORREDORES La técnica de los corredores consiste en construir franjas o serie de pequeños grupos de árboles o arbustos que conectan estos manchones de hábitat aislados. Los hábitats en riberas sirven como corredores y muchos gobiernos prohíben la destrucción de esas zonas. En lugares donde existe un uso humano muy intensivo, se han construido corredores artificiales. Junto con las vallas altas a lo largo de las carreteras reducen el atropello de animales. Principalmente los corredores son importantes para las especies que migran, promueven la dispersión y ayudan a mantener las poblaciones, y lo más importante es que permiten ampliar el hábitat fragmentado para especies que necesitan de hábitats extensos.
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ECOLOGÍA DE LA RESTAURACIÓN Además de modificar los grandes ciclos biogeoquímicos naturales ya descritos, las actividades humanas están aumentando la circulación de elementos como plomo, níquel cadmio y zinc, y creando ciclos de sustancias químicas sintéticas, como el DDT. Estos cambios son suficientemente grandes como para causar serios problemas ambientales, sin embargo, los resultados experimentales muestran que los ecosistemas tienen la capacidad de recuperarse de muchos disturbios si las alteraciones no han sido muy grandes y si las razones del disturbio son reducidas o eliminadas.
El incremento biológico consiste en utilizar organismos para agregar materiales esenciales en un ecosistema degradado. El fomento del cultivo de plantas que crecen en suelos con escasos nutrientes acelera la velocidad de cambios sucesivos que pueden conducir a la recuperación de los lugares deteriorados. La biorremediación y el incremento del ecosistema son dos estrategias clave en la ecología de restauración.
Lo anterior, constituye la base de la ecología de restauración, es decir, que gran parte del daño ambiental es reversible, aunque este optimismo desmesurado debe equilibrarse con una segunda suposición: que las comunidades no son infinitamente resistentes. Los ecologistas de restauración trabajan para identificar y manipular los procesos que limitan, en mayor medida, la velocidad de recuperación, con el objetivo de reducir el tiempo que tarda una comunidad en reponerse del impacto de las alteraciones. La biorremediación corresponde al uso de organismos procariontes, hongos o plantas para desintoxicar sistemas contaminados. Por ejemplo, se utilizan plantas que son capaces de acumular altas concentraciones de metales potencialmente tóxicos, para repoblar sitios contaminados por la minería. Se siembran estas plantas y después de un tiempo se retiran, eliminando así los metales nocivos del ecosistema, por ejemplo, el líquen, que se usa como depurador porque es capaz de concentrar uranio. Bacterias del género Pseudomonas se utilizan para la limpieza de derrames de petróleo en las playas. También se pueden utilizar insectos como bioacumuladores.
Líquenes que concentran metales creciendo sobre un mineral de uranio.
CAPÍTULO II: ORGANISMO Y AMBIENTE
RECURSOS NATURALES Y DESARROLLO SUSTENTABLE Cuando un recurso comienza a utilizarse de manera indiscriminada, tiende a hacerse más escaso en el futuro. Así, cuando un recurso se agota de forma irreversible y sus beneficios son irremplazables, alcanzan un alto costo económico. Los recursos naturales pueden ser clasificados de la siguiente manera.
RECURSOS RENOVABLES Corresponde a aquel recurso que es reemplazado o reciclado en la naturaleza en un tiempo relativamente razonable, o sea presenta capacidad de reproducción o recuperación. Por ejemplo: el agua, el aire, la fauna, la flora y el suelo.
RECURSOS NO RENOVABLES Son aquellos que dado el tiempo que demoran en formarse, no pueden reponerse al mismo tiempo que se extraen, o sea, no tiene capacidad de recuperarse, una vez usado no vuelve a su estado original. Son ejemplos: combustibles como el petróleo y el carbón, minerales metálicos como hierro, cobre y estaño, minerales no metálicos como azufre y sal común o la roca caliza, arena y yeso.
DESARROLLO SUSTENTABLE Diversos problemas ambientales derivan del desajuste que provoca la sobreexplotación de recursos naturales o de las formas de explotación no acompasadas con los ritmos de reposición. Frente a estos efectos, con frecuencia se reclama el uso racional de los recursos naturales, en referencia a un uso conservador. Sin embargo, no tiene sentido apelar a la racionalidad del uso de los recursos en abstracto.
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Cuando los recursos se explotan en forma desmedida, puede haber intereses cuya racionalidad consiste en lucrar con esa situación. También existen grupos que no sobrevivirían si procedieran a un uso conservador porque se trata de poblaciones pobres que sobreexplotan sus recursos al no tener otros medios de subsistencia. Es decir, predominan racionalidades exclusiva o predominantemente económicas y de corto plazo, ya sea por afán de lucro o por imposibilidad de actuar de otra forma. El respeto por los principios operativos de la naturaleza es central para la sustentabilidad. Se define el desarrollo sustentable como aquel que: “satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”. Es el resultado de una acción concertada de las naciones para impulsar un modelo de desarrollo económico mundial compatible con la conservación del medio ambiente y con la equidad social. Las Naciones Unidas designaron una red mundial de Reservas de la Biósfera con el propósito de mantener la biodiversidad y evaluar técnicas para el desarrollo humano sustentable mientras se preservan valores culturales locales. El desarrollo sustentable es un proceso integral que exige a los distintos actores de la sociedad compromisos y responsabilidades en la aplicación del modelo económico, político, ambiental y social, así como en los patrones de consumo que determinan la calidad de vida.
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AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Cambio Global Efecto invernadero Cambio climático Contaminación ambiental Biodiversidad Especies nativas Recursos naturales y energéticos Desarrollo sustentable
Sí
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
CAPÍTULO UNIDAD 1,III: CAPÍTULO HERENCIA III
CAPÍTULO III
HERENCIA
• Unidad: Genética
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UNIDAD GENÉTICA CONCEPTOS CLAVE Variación individual Carácter hereditario Cromosomas Cromosomas sexuales Gametos Haploide Diploide Genes Genoma Fenotipo
INTRODUCCIÓN
Genotipo Alelos Monohibridismo Dihibridismo Herencia sin dominancia Codominancia Alelos múltiples Herencia ligada al sexo Patrones hereditarios
Cuando se realizan observaciones de los rasgos apreciables y cómo estos son heredados hablamos de un patrón y una causa: la Genética. La Genética es considerada una disciplina relativamente nueva en el campo de la Biología. Si se quiere establecer una edad para esta disciplina científica, ella tendría apenas un poco más de un siglo. Nadie niega en la actualidad que la Genética nace con Gregor Mendel (1822—1884), quien estableció lo que hoy día conocemos como las “Leyes de la Herencia”. Sus trabajos con la especie de arveja Pissum sativum, que se describen más adelante, como la base de la llamada Genética Clásica, no fueron valorados por el mundo científico de la época, sino hasta los inicios del siglo pasado. En 1900 se produjo el redescubrimiento, de forma prácticamente simultánea, de las leyes de Mendel por parte de tres botánicos: el holandés Hugo de Vries en Alemania, Eric Von Tschermak en Austria y Karl Erich Correns en Inglaterra. Asombrados por el sencillo planteamiento experimental y el análisis cuantitativo de sus datos, repitieron sus experimentos y comprobaron la regularidad matemática de los fenómenos de la herencia, al obtener resultados similares.
Gregor Mendel (1822—1884)
Al conocer de forma fortuita que Mendel les había precedido en sus estudios, estuvieron de acuerdo en reconocerle como el descubridor o “padre” de la Genética y de las leyes que llevan su nombre.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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GLOSARIO Antes de revisar esta unidad es necesario tener en cuenta el siguiente glosario. Genes. Segmentos específicos de ADN que controlan las funciones celulares, codificando para una secuencia polipeptídica de aminoácidos. Alelos. Cada una de las formas alternativas que puede presentar un gen. Ocupan el mismo locus (lugar) en cada cromosoma homólogo. Homocigoto. Condición en la cual se posee dos copias idénticas de un gen (alelos) para un rasgo dado en los dos cromosomas homólogos. Se puede representar como dominante AA o recesivo aa. Heterocigoto o Híbrido. Condición en la cual se posee un alelo dominante y un alelo recesivo para el mismo rasgo en los cromosomas homólogos. Se representa como Aa. Genotipo. Constitución genética o conjunto de genes que posee un individuo. Fenotipo. Es la expresión de los genes heredados y la acción del medio ambiente. Es cualquier característica o rasgo observable y/o funcional de un organismo, como su morfología, desarrollo, propiedades bioquímicas, fisiología y comportamiento.
Cromosoma. Estructura molecular en la que se encuentran los genes. Los cromosomas eucarióticos son filamentos o bastones de cromatina que aparecen contraídos durante la mitosis y la meiosis. Autosoma. Cualquier cromosoma que no sea un cromosoma sexual. Los seres humanos tienen en sus células 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales. Heterocromosoma. Corresponde a los cromosomas sexuales (diferentes) X e Y, los cuales determinan el sexo del individuo. Cromosomas homólogos. Cromosomas del mismo tamaño, de la misma forma y con la misma disposición de los genes, constituyendo parejas de cromosomas homólogos. Gen dominante. Es aquel gen que siempre se expresa ya sea en su forma heterocigota Aa, como en su forma homocigota AA. Gen recesivo. Es aquel que solo logra expresarse cuando se encuentra en forma homocigota recesiva aa. Generación Filial. Generación de individuos producto de cruzamiento. La primera generación se denomina F1, la segunda generación F2 y así sucesivamente. Son relativos a la generación parental
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A nuestros tiempos, además han sido complementado los aprendizajes de la “Genética Mendeliana” con la Genética Moderna aplicada a los cruces de alelos que presentan un patrón ligado a ciertos cromosomas, como son los genes “ligados al sexo” identificados por Thomas Hunt Morgan (1866—1945) en sus estudios con moscas de la especie Drosophyla melanogaster. Gracias a este investigador se asoció el estudio de caracteres heredados en familias o linajes, mediante los cuales se puede analizar la heredabilidad de ciertos alelos en base a los cromosomas que los portan y cómo estos son heredados a la descendencia esquematizando el proceso a través de una genealogía, árbol genealógico, o pedigrí.
En la imagen se observan las diferencias fenotípicas de las arvejas comunes. Mendel utilizó rasgos contrastantes de las plantas de arvejas en sus experimentos, como por ejemplo, la forma de semillas: semillas lisas o semillas rugosas. Hoy se sabe que estas semillas son rugosas porque poseen una forma anormal de almidón, lo cual se condice con la expresión dominante o recesiva de ciertos alelos.
EL MÉTODO DE TRABAJO MENDELIANO
En el afán por conocer cómo funcionan las leyes y principios que gobiernan los procesos biológicos, nos hemos topado con una serie de sucesos que explican la vida desde el universo bioquímico hasta la complejidad fisiológica de los seres vivos, pero ninguno de ellos es tan grande como la Genética y la Evolución.
Científicos antes de Mendel habían tratado de clarificar cómo se heredan las características biológicas. Habían cruzado plantas y animales y observado detenidamente las semejanzas entre la progenie y sus progenitores. Los resultados fueron confusos. La progenie era semejante a un progenitor en algunos rasgos, al otro progenitor en otros y claramente no se asemejaba a ninguno en otros rasgos, en definitiva no fue posible descubrir regularidades precisas. Sin embargo Mendel tuvo éxito en donde otros investigadores habían fracasado. Estableció la necesidad de prestar atención a un solo rasgo cada vez, por ejemplo, la forma de la semilla, en lugar de considerar todas las características de la planta. Con este propósito seleccionó siete caracteres que se diferenciaban de forma muy clara, y se aseguró que estas fueran variedades puras.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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Los siete caracteres estudiados por Mendel en la planta de arveja Pissum sativum.
SABÍAS QUE… Si bien hoy en día se sabe que los genes y sus alelos se encuentran contenidos en las moléculas de ADN que poseen los diversos seres vivos del planeta, para su época Mendel no sabía de la existencia de esta molécula ni de sus procesos bioquímicos como replicación, transcripción ni la posterior síntesis de proteínas (traducción), por lo cual, todo el vocabulario que usó fue acuñado por él en referencia a sus observaciones experimentales y se ha mantenido hasta hoy cada vez que se usan palabras como alelos, rasgo dominante, rasgo recesivo, homocigoto, híbrido, etc.
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LEYES DE MENDEL HERENCIA CON DOMINANCIA COMPLETA Conviene aclarar que Mendel carecía de los conocimientos actuales sobre la presencia de pares de alelos en los organismos y sobre el mecanismo de transmisión de los cromosomas, por lo que el tratamiento de los contenidos están basados en la interpretación posterior de los trabajos de Mendel.
A) PRIMERA LEY DE MENDEL O LEY DE LA SEGREGACIÓN (MONOHIBRIDISMO) Otro hecho importante del trabajo de Mendel fue su enfoque cuantitativo. Contó el número de las progenies de cada clase con el propósito de descubrir si los portadores de los rasgos en estudio aparecían siempre en la misma proporción. El método mendeliano de análisis genético actualmente aun se utiliza. Revisemos ahora los experimentos de Mendel y las leyes básicas de la herencia derivadas de sus resultados experimentales.
ENUNCIADO DE LA LEY “Los factores (genes alelos) para cada carácter segregan o se separan en iguales proporciones (durante anafase I) en el momento de la formación de gametos y terminan por lo tanto en distinta descendencia”.
Dos consecuencias importantísimas derivan de esta ley: • La herencia es particulada, vale decir, los genes no se mezclan al pasar de una generación a la que sigue. • Los gametos son siempre puros, no existen gametos híbridos.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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EL EXPERIMENTO DE MENDEL Mendel llegó a esta conclusión trabajando con una variedad pura de plantas de arvejas que producían semillas amarillas y con una variedad que producía semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre estas plantas, obtenía siempre una llamada generación filial (F1) compuesta en un 100% de plantas con semillas amarillas.
Para llevar a cabo la segunda parte de su experimento, Mendel utilizó plantas procedentes de las semillas de la primera generación (F1) y las polinizó entre sí. Del cruce obtuvo plantas productoras tanto de semillas amarillas como de semillas verdes en la proporción 3:1. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las semillas parecía haber desaparecido en la primera generación filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación (F2).
INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla. De los dos alelos solamente se manifiesta aquel que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto.
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OBSERVACIÓN Cuando repasamos cuidadosamente el experimento de Mendel podemos fijar nuestra atención en dos aspectos distintos presentes en los descendientesde cada generación. Fácimente podemos determinar la característica externa (Fenotipo) que presenta cada individuo en cada generación pero, ¿podríamos decir lo mismo a la hora de determinar sus características genéticas (Genotipo). En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe ninguna diferencia aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA) pues ambos individuos presentan un fenotipo amarillo.
Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los individuos de la primera generación filial (F1), no se han mezclado ni han desaparecido, simplemente ocurría que se manifestaba solo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo (genotipo Aa) forma los gametos, se separan sus alelos mediante el proceso de meiosis, de tal forma que, en cada gameto solo está presente uno de los alelos y así se pueden explicar los resultados obtenidos. Al cruzamiento entre dos organismos heterocigotos para un carácter se le denomina cruzamiento monohíbrido.
• Si es homocigótico, toda la descendencia será de rasgo dominante.
CRUZAMIENTO DE PRUEBA O RETROCRUCE Cuando no se tiene seguridad de conocer el genotipo del progenitor que se observa fenotípicamente con rasgos dominantes se efectúa el cruce de prueba para determinar si es homocigoto dominante (AA) o híbrido (Aa). Consiste en cruzar al progenitor de fenotipo dominante (proveniente de la F1) con el organismo de la variedad homocigota recesiva (aa).
• Si es heterocigótico, en la descendencia volverá a aparecer el carácter recesivo en una proporción del 50%.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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BASES FÍSICAS DE LA LEY DE LA SEGREGACIÓN Gregor Mendel estableció que, de cualquier progenitor, solo una forma alélica de un gen es transmitida a la descendencia a través de los gametos. Por ejemplo, una planta que tiene un factor (gen) para la semilla amarilla y también uno para la semilla verde deberá transmitir a su descendencia solo uno de los dos alelos a través de un gameto.
Si el gen para la semilla amarilla está en un cromosoma y su forma alélica para la semilla verde está en su homólogo, resulta claro que los dos alelos no pueden encontrarse normalmente en el mismo gameto.
Mendel no sabía nada de cromosomas o de la meiosis ya que esto no había sido aún descubierto. Actualmente se sabe que la base física de la ley de la segregación está en la primera anafase meiótica donde los cromosomas homólogos se segregan o separan uno del otro.
Los genes existen en versiones denominadas alelos
Anafase I meiótica
DATO HISTÓRICO
Un organismo diploide posee dos alelos ubicados en diferentes cromosomas homólogos.
Reginaldo Crundall Punnett (1875-1967) fue un zoólogo y genetista británico que ideó los cuadros de cruce (tableros) que frecuentemente se usan en los ejercicios de genética mendeliana. También es considerado uno de los padres de la Genética.
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BIOLOGÍA COMÚN
EJERCICIOS. MONOHIBRIDISMO 1. Complete el cuadro con los genotipos más probable para cada uno de los resultados de los cruzamientos con sus descendencias propuestos. Progenitor A
Progenitor B
Descendencia
1
44 amarillas, 49 verdes
2
123 amarillas
3
80 verdes
4
60 amarillas, 22 verdes
5
38 amarillas, 42 verdes
2. En ratones, el pelaje gris está determinado por un alelo dominante R y el pelaje albino por el recesivo r. Al realizar el cruzamiento entre un macho gris y una hembra del mismo color se obtuvieron ratones grises y albinos. A. ¿Cuál es el genotipo de los progenitores?
3. La fenilcetonuria, conocida también como PKU, es una alteración metabólica en la que el organismo no metaboliza adecuadamente un aminoácido, la fenilalanina, por el déficit o ausencia de una enzima llamada fenilalanina hidroxilasa. Como consecuencia, la fenilalanina se acumula y resulta tóxica para el sistema nervioso central, ocasionando daño cerebral. La PKU es una enfermedad genética con un patrón de herencia autosómica recesiva.
B. Al cruzar entre si los ratones albinos de la descendencia ¿sería posible esperar ratones grises ?
A. ¿Si dos progenitores sanos tienen un hijo con PKU y uno normal, necesariamente ambos deben ser heterocigotos?
C. Al cruzar 2 ratones grises de la F1 ¿es posible obtener ratones albinos en la descendencia?
B) ¿El hijo con PKU necesariamente debe poseer el genotipo “aa” y tener hijos con PKU?
CAPÍTULO III: HERENCIA
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4. La polidactilia, condición que se aprecia en la fotografía, es una alteración en el cual las personas tienen una mayor cantidad de dedos, tanto en manos como pies. Una persona con esta condición tiene hijos con una mujer normal y todos sus hijos e hijas resultan polidactílicos. A. ¿Cuál es el patrón hereditario de la polidactilia?
B. Si una de estas hijas tiene descendencia con un hombre normal, ¿Qué probabilidades tiene de engendrar hijos con polidactilia?
B) SEGUNDA LEY DE MENDEL O DE LA DISTRIBUCIÓN INDEPENDIENTE (DIHIBRIDISMO) Mendel dedujo la segunda ley estudiando dos características al mismo tiempo, por ejemplo el color y la textura de la semilla.
ENUNCIADO DE LA LEY “Los factores (genes) determinantes de los distintos caracteres se separan o segregan de manera independiente unos con otros, combinándose al azar durante la formación de gametos”.
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BIOLOGÍA COMÚN
Esta ley no es tan universal como la Ley de la Segregación, porque se aplica a los genes que se ubican en cromosomas distintos (no homólogos), pero no necesariamente a los que se ubican en el mismo cromosoma (ligados). Sin embargo es correcto decir que los cromosomas se distribuyen en forma independiente durante la formación de los gametos (permutación cromosómica), de la misma manera que los hacen dos genes cualquiera en pares de cromosomas no homólogos.
EL EXPERIMENTO DE MENDEL Cruzó plantas de arvejas de semilla amarilla y lisa con plantas de semilla verde y rugosa, homocigóticas para los dos caracteres. Las semillas obtenidas en este cruzamiento eran todas amarillas y lisas, cumpliéndose así la primera ley para cada uno de los caracteres considerados y revelando también que los alelos dominantes para esos caracteres son los que determinan el color amarillo y la forma lisa. Las plantas obtenidas y que constituyen la F1 son dihíbridas (AaBb ), por lo tanto, hablamos de un cruce dihíbrido.
La cantidad de tipos de gametos que formará el individuo dihíbrido (AaBb) de la F1 se puede determinar por la relación 2n, donde “n” es el número de pares de alelos heterocigotos.
Posteriormente cruzó plantas de la F1 entre sí, considerando los gametos que puede formar cada una de las plantas y al analizar la descendencia pudo apreciar que los alelos de los distintos genes se transmiten con independencia unos de otros ya que en la segunda generación filial (F2) aparecen arvejas amarillas rugosas y otras que son verdes lisas, combinaciones no encontradas ni en la generación parental (P), ni en la filial primera (F1). Los resultados obtenidos para cada uno de los caracteres considerados por separado, responden a la segunda ley.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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INTERPRETACIÓN DEL EXPERIMENTO
¿Qué hacer en caso que exista un progenitor de fenotípico dominante, pero de cual no se está seguro de si es dihomocigoto o diheterocigoto?
Los resultados de los experimentos de la Segunda Ley refuerzan el concepto de que los genes son independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación tras generación.
Mendel fue capaz de resolver esta complicación biológica usando el “cruce de prueba”.
Para esta interpretación fue providencial la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas.
CRUZAMIENTO DE PRUEBA O RETROCRUCE Un cruzamiento de prueba demostrará la existencia de un dihíbrido (de la F1) si se obtiene una descendencia representada por 4 fenotipos distintos que siguen una proporción fenotípica de 25% cada uno.
CRUCE DE PRUEBA DE DIHÍBRIDO
Proporciones fenotípicas resultantes
GENOTIPO: 1:1:1:1 FENOTIPO: 25% Amarillas Lisas 25% Amarillas Rugosas 25% Verdes Lisas 25% Verdes Rugosas
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BIOLOGÍA COMÚN
BASES FÍSICAS DE LA LEY DE DISTRIBUCIÓN INDEPENDIENTE La ley de la Distribución Independiente de Mendel establece que la segregación de un par de factores ocurre independientemente de la de cualquier otro par. Por ejemplo, en un par de cromosomas homólogos están los alelos para el color de la semilla: amarilla y verde y en el otro par de cromosomas homólogos están los alelos para la forma de la misma: lisa y rugosa.
La segregación de los alelos para el color de la semilla ocurre independientemente de la segregación de los alelos para la forma, porque cada par de homólogos se comporta como una unidad independiente durante la meiosis.
GENES LIGADOS Son genes ubicados en un mismo par de cromosomas homólogos y por lo tanto, tienden a “migrar” en conjunto a un mismo gameto producto de la meiosis. En estos genes no se puede aplicar la segunda ley de Mendel. El ligamiento determina que los gametos solo lleven dos combinaciones de estos genes: AC y ac, pues ésta es la disposición original de los mismos en los cromosomas. El proceso de crossing over, sin embargo, hace posible que en ciertos casos se rompa el ligamiento entre dos genes, permitiendo la aparición de nuevas combinaciones.
CAPÍTULO III: HERENCIA
EJERCICIOS. DIHIBRIDISMO 1. En los caballos el color negro del pelaje depende del gen dominante B y el color de pela-je castaño a su alelo recesivo b. El andar al trote de debe a un gen dominante P y el an-dar al sobrepaso a su alelo recesivo p. Si un ejemplar de pelaje negro de andar al trote dihomocigoto se cruza con una hembra de pelaje castaño de andar al sobrepaso. A. ¿Qué fenotipo presentara la descendencia F1?
B. Si se cruzan dos ejemplares de F1, ¿qué proporción fenotípica se obtendrá en F2?
2. La pigmentación normal de la piel y el Factor Rh (+) son características dominantes en la especie humana. ¿Que proporción de la descendencia de una pareja de pigmentación normal de la piel y Rh positivo serian albinos Rh (-)?
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GENÉTICA POST-MENDELIANA Las Leyes de Mendel parecen ser válidas a lo largo del espectro completo de organismos eucariotas. Estas leyes forman una base para predecir el resultado de cruzamientos simples. Sin embargo, solo es una base. El mundo real de los genes y los cromosomas es más complejo que lo que sugieren las Leyes de Mendel, y las extensiones y excepciones son abundantes. Estas no invalidan las Leyes de Mendel, sin embargo, demuestran que existen otras situaciones que pueden explicarse mediante la distribución y la segregación independiente de las parejas génicas, situaciones que deben ser acomodadas en el entramado del análisis genético. En las arvejas estudiadas por Mendel, las diferencias en los fenotipos eran determinantes: presencia o ausencia, color verde o amarillo, tallo alto o bajo, etc. Sin embargo también se apreciaban diferencias cuantitativas. Las mismas plantas de Mendel no eran uniformemente bajas o uniformemente altas, existía una graduación. No todos los caracteres segregan siempre en forma independiente, muchos se encuentran “ligados”. Otra excepción a Mendel es que no todos los caracteres están determinados por un par de alelos. Existen caracteres determinados por más de dos alelos y también existen interacciones entre los distintos genes de una especie.
HERENCIA SIN DOMINANCIA 3. ¿Cuántos tipos de gametos distintos puede generar un progenitor con el genotipo AaBBCCFfEe?
Los estudios sobre numerosos rasgos en una amplia variedad de organismos han demostrado con claridad que un miembro de un par de alelos puede no ser por completo dominante sobre el otro. Este fenómeno se presenta en la dominancia incompleta o intermedia y en la codominancia.
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BIOLOGÍA COMÚN
A) HERENCIA INCOMPLETA O INTERMEDIA En ocasiones cuando se cruzan dos organismos homocigotos de fenotipos distintos el organismo heterocigoto descendiente presenta un fenotipo intermedio entre los de los dos organismos homocigotos parentales. Esto es propio de la herencia intermedia o incompleta. Es el caso de la flor de la planta “dondiego de noche” (Mirabilis jalapa). Al cruzar una planta de variedad de flor roja homocigótica (RR) con una planta de variedad de flor blanca homocigótica (BB), se produce una generación filial F1 de plantas heterocigóticas (RB), de flores rosadas, un fenotipo intermedio al de ambos homocigotos. Al cruzar entre sí plantas de la generación F1, las características rojo y blanco aparecen de nuevo en la progenie (F2), la cual muestra que los alelos se mantienen como unidades discretas inalteradas. Dominancia incompleta en Mirabilis jalapa. B) CODOMINANCIA En este tipo de interacción entre alelos homocigotos resulta que el fenotipo del heterocigoto no es intermedio, sino que expresa simultáneamente ambos fenotipos. En bovinos y equinos es común ver individuos de pelaje roano u overo, en el cual se expresan dos tonos de pelaje. En la figura se representa la descendencia obtenida entre una hembra de pelaje blanco y un macho de pelaje negro . El 100 % de la F1 es heterocigota y de pelaje roano o manchado, es decir, se han expresado de manera independiente los genes que determinan el pelaje blanco de los genes y los que determinan el pelaje negro en el heterocigoto roano. Sin embargo al cruzar ejemplares roanos entre si se obtiene un 25 % de pelaje blanco, un 50% de pelaje roano y un 25% de pelaje negro.
CAPÍTULO III: HERENCIA
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IMPORTANTE En dominancia incompleta y en codominancia las proporciones genotípicas y fenotípicas en F2 son iguales: 1:2:1
EJERCICIOS. HERENCIA SIN DOMINANCIA
También se considera un ejemplo clásico de codominancia el del grupo sanguíneo AB y el pelaje de la gallina castellana resultado del cruce entre una gallina negra y un gallo blanco.
1. En las moscas Drosophila melanogaster existe un grupo de genes con herencia incompleta. El alelo Cn, origina moscas de color negro (ebony), el alelo Cw, origina moscas de color blanco o albinas (white). El heterocigoto origina moscas grises. Al cruzar moscas blancas y negras, toda la descendencia resulta gris. ¿Qué ocurrirá al cruzar dos moscas de color gris?
En general, en la codominancia, el fenotipo del heterocigoto incluye los fenotipos de ambos homocigotos.
RESPONDA 1. ¿Cuál debería ser el porcentaje esperado de gallinas de plumaje negro al cruzar dos ejemplares de gallinas castellanas?
2. En cierta raza de perros el gen que determina el pelo color café (C) tiene la misma fuerza de expresión que el gen que determina el pelaje de color blanco (B) y los individuos de genotipo heterocigoto presentan el pelaje manchado. Si se cruzan dos ejemplares manchados y se obtienen 16 descendientes. ¿Cuántos de ellos tendrán probablemente pelaje blanco?
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BIOLOGÍA COMÚN
ALELOS MÚLTIPLES En los ejemplos vistos hasta ahora para cada característica existen solo dos posibles alelos, sin embargo, para muchas otras características de los organismos se constata que más de dos genes alelos determinan un carácter. Aunque en una célula diploide solo pueden existir dos alelos, el número total de posibles formas alélicas diferentes es bastante grande. Esta situación se conoce como alelismo múltiple.
RESPONDA
RESPONDA
1. En la siguiente serie alélica múltiple que determina el color del pelaje de los conejos, las relaciones de dominancia, escritas de izquierda a derecha, son: C+>Cch>Ch. El alelo C+ determina fenotipo oscuro; el alelo Cch determina el fenotipo chinchilla; el alelo Ch determina el fenotipo himalaya.
2. Un hombre del grupo sanguíneo AB es sometido a un juicio de paternidad por una mujer de grupo sanguíneo A. El hijo de la mujer es de grupo sanguíneo 0. ¿Es el hombre el padre de este niño?
En un cruzamiento C+Cch x CchCh, ¿qué proporción de la descendencia será del fenotipo oscuro, chinchilla e himalaya?
ALELOS LETALES Un ejemplo característico de alelismo múltiple y también de codominancia lo constituye la serie de alelos que controlan los grupos sanguíneos ABO. Hay cuatro grupos sanguíneos (o fenotipos) en el sistema ABO dependiendo de la presencia o ausencia en la membrana de los glóbulos rojos de proteínas denominadas aglutinógenos o antígenos de superficie los cuales determinan la compatibilidad sanguínea. La serie alélica incluye tres alelos: A, B y O aunque, por supuesto, cada persona lleva solo dos de estos alelos. Los alelos A y B son dominantes sobre O pero son codominantes entre sí.
La manifestación fenotípica de algunos genes da como resultado la muerte del individuo en el período prenatal o postnatal antes de alcanzar la madurez o en la vida adulta. Estos genes son llamados genes letales. Un alelo letal dominante, puede expresarse tanto en la condición homocigótica como en la heterocigótica. Se origina a veces de una mutación del alelo normal.
Si es dominante
Genotipo
Fenotipo
AA
Letal
Aa
Letal
aa
Viable, normal
CAPÍTULO III: HERENCIA
Los genes letales recesivos solo son mortales en la condición homocigota y pueden presentar dos situaciones. 1. El que no tiene efecto fenotípico obvio en los heterocigotos Genotipo
Fenotipo
AA, Aa
Normal, viable
aa
Letal
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Entre los rasgos humanos y de otros animales y plantas suelen haber diversos ejemplos. Considere en humanos el carácter continuo que tiene el color de piel en las distintas etnias humanas, sobre el cual varios genes afectan la expresión final de la cantidad de pigmento (melanina) que expresan las células de la piel (melanocitos).
2. El que produce un fenotipo distintivo cuando es heterocigoto Genotipo
Fenotipo
AA
Normal
Aa
Afectado, distinto al normal
aa
Letal
RESPONDA 1. En cierta especie de ratones, el genotipo homocigoto recesivo es letal, siendo su embrión no viable. Al cruzar ratones heterocigotos ¿cuál o cuáles de las siguientes opciones corresponde (n) a la descendencia? Opción A. Toda la descendencia porta el gen dominante. Opción B. 2/3 porta el gen letal.
El color de la piel en humanos se encuentra bajo el control de poligenes. Nótese la variación continua.
Opción C. 1/3 es homocigoto.
POLIGENIA Un grupo de muchos genes llamados poligenes pueden controlar un solo carácter heredable. Cada alelo de estos intensifica o disminuye el fenotipo observado, de manera que un individuo puede mostrar un parámetro de fenotipo dentro de un rango para la suma de aportes hechos por los genes en cuestión, es decir, un conjunto de genes con efecto aditivo.
RESPONDA ¿Cuál seria la posible descendencia esperada entre una persona con genotipo AABBCc y otra aabbCc ?
Ordene la descendencia desde la pigmentación mas oscura a las mas clara de piel
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BIOLOGÍA COMÚN
El modelo de herencia poligénica que se presenta en la figura está basado en tres genes. Los alelos A, B y C contribuyen a la síntesis de melanina de la piel, pero los alelos a, b y c, no lo hacen. Cuantos más alelos A, B y C posea un individuo, más oscura será su piel. También están controlados por poligenes, algunas características, como la estatura, el peso y la tasa metabólica.
En muchas poblaciones humanas, los hombres son más altos en promedio, que hace 50 años, debido a una mejor nutrición y a otros factores ambientales. Sin embargo, la distribución de los individuos en la población está representada por una curva en forma de campana. La gran mayoría de las personas tiene una altura cercana al valor medio y las alturas extremas están representadas por unos pocos individuos.
La estatura es una característica determinada en humanos por poligenes. Nótese la variación continua.
Las características determinadas por varios genes, o poligenes, no muestran diferencias nítidas entre grupos de individuos, como las estudiadas por Mendel, sin embargo, muestran una graduación de pequeñas diferencias que se conoce como variación continua. Si entre los individuos de una población se estudia la distribución estadística de cualquier característica afectada por varios genes se obtendrá una curva como la que se muestra en el ejemplo estudiado sobre los poligenes que determinan la pigmentación de la piel humana o como la estatura.
HERENCIA LIGADA AL SEXO Si bien se sabía de casos en humanos de enfermedades o síndromes que abundaban más en niños y otros que solían aparecer predominantemente en niñas, fue a partir de la observaciones, que realizó en 1910 el genetista estadounidense Thomas Morgan quien mejor desarrolló el nuevo campo de la herencia ligada al sexo.
CAPÍTULO III: HERENCIA
Morgan observó patrones específicos de rasgos heredados por generaciones en la especie de mosca de la fruta (Drosophyla melanogaster) determinando que existía una forma de herencia ligada al sexo de los individuos. Incluso llegó a estimar las distancias de los genes dentro de las cromátidas de un cromosoma, unidad que hasta el día de hoy lleva en honor su apellido: el centimorgan (cM) y con la cual se lograron desarrollar los “mapas cromosómicos” (cartografía genética).
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CRUZAMIENTOS REALIZADOS POR MORGAN
EXPERIMENTOS REALIZADOS POR MORGAN Al cruzar moscas hembras de ojos rojos con moscas machos de ojos blancos, la progenie (F1) resultó ser toda de ojos rojos. Aparentemente el alelo responsable del color rojo de los ojos era dominante respecto del alelo de ojos blancos. Morgan cruzó la F1 como Mendel lo había hecho en su experimento con arvejas y la generación F2 que obtuvo mostraba un resultado de 3:1 en las proporciones de fenotipos dominante y recesivo, es decir, de individuos de ojos rojos y blancos, sin embargo, observó que las moscas de ojos blancos eran todas de sexo masculino, y que el número de hembras de ojos rojos doblaba al de los machos de ojos rojos.
Al cruzar hembras de ojos rojos con machos de ojos blancos, el 100 % de la F1 tiene ojos rojos. El color de ojos de los machos está determinado por el único cromosoma X que poseen.
Este resultado deja ver claramente que el patrón de herencia del fenotipo del color de ojos estaba de alguna manera relacionado con el sexo de los individuos portadores de esta información. Con el fin de comprender los resultados obtenidos, Morgan cruzó hembras de ojos blancos con machos de ojos rojos y obtuvo una proporción 1:1, donde todas las hembras tenían los ojos rojos y todos los machos, ojos blancos. Sobre la base de los resultados obtenidos, Morgan planteó la hipótesis de que los alelos para el color de ojos se ubicaban en el cromosoma X, en doble dotación en las hembras (XX), pero en dotación única en los machos (XY).
Luego, al cruzar dos individuos de la F1 se obtiene una F2 que muestra la proporción fenotípica 3:1 donde solo el 50% de las moscas machos tiene ojos blancos.
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BIOLOGÍA COMÚN
DETERMINACIÓN DEL SEXO La reproducción sexual es el mecanismo a través del cual los descendientes resultan ser distintos de sus padres desde el punto de vista genético. En casi todos los organismos eucariontes el mecanismo de reproducción sexual ocurre en dos procesos que conducen a una alternancia de células haploides y diploides: la meiosis. Este proceso produce gametos haploides y la fertilización, genera cigotos diploides.
Al cruzar hembras de ojos blancos con machos de ojos rojos, el 50 % de la F1 tiene ojos rojos y el 50 % ojos blancos. Si se analiza por separados a las hembras de los machos de la F1, el 100 % de las hembras tiene ojos rojos y el 100 % de los machos tiene ojos blancos.
RESPONDA 1. Si en la descendencia de un cruzamiento de moscas de la fruta , tanto en las hem-bras como en los machos , el 50 % tiene ojos blancos y el 50 % ojos rojos. ¿Cuál es el genotipo de las moscas progenitoras?
Reproducción sexual y sus dos procesos alternantes, que originan células haploides y diploides.
El mecanismo por el cual se establece el sexo se denomina determinación del sexo, definiéndolo en términos de su fenotipo. En algunas especies es posible que un mismo individuo presente ambos sexos. Esto es denominado hermafroditismo. Se manifiesta sobretodo en plantas, donde se ha estimado que cerca de un 70% de la biodiversidad vegetal presenta estructuras de ambos sexos en simultáneo (ejemplo: plantas cuyas flores poseen gineceo con ovarios y estambres con polen).
CAPÍTULO III: HERENCIA
Los organismos que presentan estructuras reproductoras masculinas y femeninas son monoicos (una casa), en cambio, en aquellas especies en las que un individuo presenta aparato reproductor masculino o femenino, son denominados diocas (dos casas).
Los humanos somos dioicos. En estas especies el sexo puede ser determinado desde el punto de vista cromosómico, genético o ambiental.
Ejemplo de las estructuras sexuales de una planta con flores hermafroditas (también llamada “bisexual” o “perfecta”).
SISTEMAS CROMOSÓMICOS DE LA DETERMINACIÓN DEL SEXO A) DETERMINACIÓN DEL SEXO XX – XO En este sistema las hembras poseen dos cromosomas X (XX), y los machos un solo cromosoma X (XO). En la meiosis de las hembras los dos cromosomas X se aparean y luego se separan y un cromosoma X ingresa en cada óvulo haploide. En los machos el único cromosoma X se agrega en la meiosis a la mitad de los espermios, la otra mitad no lo recibe. Esta determinación del sexo se puede apreciar en muchas especies de insectos, como por ejemplo, en el saltamontes.
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BIOLOGÍA COMÚN
B) DETERMINACIÓN DEL SEXO XX — XY
C) DETERMINACIÓN DEL SEXO ZZ — ZW
En este sistema, presente en muchas especies, las células de ambos sexos poseen el mismo número de cromosomas, pero mientras las células de las hembras poseen dos cromosomas X (XX), las de los machos solo poseen un cromosoma X y otro más pequeño denominado Y (XY).
En este sistema la hembra es heterogamética ZW y el macho homogamético ZZ. Este tipo de determinante del sexo lo poseen aves, polillas, algunos anfibios y algunos peces.
En este tipo de sistema determinante del sexo, el macho es heterogamético: la mitad de sus gametos poseen el cromosoma X y la otra mitad el Y. La hembra es homogamética: todos sus óvulos contienen un solo cromosoma X. Muchos organismos, incluidas algunas especies de plantas, insectos y reptiles, y todos los mamíferos, incluidos los humanos, poseen el sistema determinante el sexo XX-XY.
D) HAPLODIPLOIDÍA En insectos como abejas, avispas y hormigas no hay cromosomas sexuales, por lo tanto, el sexo esta determinado por el número de juegos cromosómicos que se encuentra en el núcleo celular. A partir de huevos no fecundados se originan los machos (zánganos) que son haploides proceso denominado partenogénesis. A partir de huevos fecundados se originan las hembras, las cuales son diploides (obreras y reina).
Conclusión: se produce la relación entre sexos 1 : 1
CAPÍTULO III: HERENCIA
223
Se había establecido que el sexo en el caso del humano y muchos mamíferos está determinado por la presencia de cromosomas sexuales, pero, en realidad son los genes individuales localizados en estos cromosomas los que generalmente son responsables de los fenotipos sexuales. En 1990 se descubrió un gen determinante de la masculinización denominado gen de la región Y determinante del sexo (srY, por “sex-determining region Y gene”). Este gen se halla en el cromosoma Y de todos los mamíferos examinados hasta este momento.
HERENCIA LIGADA AL SEXO Los cromosomas X e Y no son homólogos completamente. Se aparean y son segregados a diferentes células durante la meiosis. Pueden aparearse porque son homólogos en pequeñas zonas llamadas regiones homólogas o pseudoautosómicas. En éstas se presentan los mismos genes y regulan los mismos caracteres.
Cromosomas sexuales X e Y, mostrando las regiones homólogas y las regiones diferenciales.
Los genes que se encuentran en estas regiones mostraron el mismo patrón de herencia que los genes localizados en los cromosomas autosómicos. Gran parte del cromosoma X lo conforma una región diferencial, que porta los genes exclusivos de X (caracteres ginándricos) y gran parte del cromosoma Y porta los genes exclusivos de Y (caracteres holándricos). Los caracteres cuyos genes se localizan en la región diferencial del cromosoma X y del cromosoma Y se denominan ligados al sexo.
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BIOLOGÍA COMÚN
Existen enfermedades que se heredan por genes ubicados en la región diferencial de los cromosomas X (alelos ginándricos) e Y (alelos holándricos) en forma recesiva o dominante. Algunos ejemplos de enfermedades ligadas al cromosoma X que se heredan en forma recesiva son daltonismo, hemofilia y distrofia muscular. Entre aquellas enfermedades ligadas al cromosoma X que se heredan en forma dominante son raquitismo hipofosfatémico e incontinencia pigmenti. Por último, un ejemplo de enfermedad o rasgo ligado al cromosoma Y es la hipertricosis.
Daltonismo Mujer
Hombre
XDXD Normal
XDY Normal
XDXd Portadora
XdY Daltónico
XdXd Daltónica Hemofilia Mujer
Hombre
XHXH Normal
XHY Normal
XHXh Portadora
XhY Hemofílico
XhXh Letal ( no nace )
A) HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA X, RECESIVO La herencia de las enfermedades como daltonismo, hemofilia y un tipo de distrofia muscular, se dan en proporción distinta en hombres y mujeres. El hombre por tener un cromosoma X solo puede portar un gen del par de alelos, condición conocida como hemicigocis. En este patrón hereditario se observará una menor cantidad de mujeres con la enfermedad y una mayor cantidad de hombres afectados. B) HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA X, DOMINANTE En este caso, a diferencia de las enfermedades ligadas a X recesiva, la mujer no tiene calidad de portadora. Ejemplos de enfermedades ligadas a X dominante son raquitismo hipofosfatémico, la cual lleva a formar estructuras óseas anormales y frágiles, y la incontinentia pigmenti, que afecta a la piel, pelo, dientes y sistema nervioso central.
En la población se observarán más mujeres con la enfermedad y menos cantidad de hombres enfermos. C) HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA Y A los genes localizados en el segmento diferencial del cromosoma Y se les denomina holándricos, y se heredan solo de padres a hijos varones. Por ejemplo, considérese la hipertricosis, la cual consiste en el crecimiento de pelos en el pabellón auricular y en casos más graves en todo el cuerpo. Mujer
Hombre
XAXA Enferma
XAY Enfermo
XAXda Enferma
XaY Sano
XaXa Sana * Por lo general, toda enfermedad dominante tanto ligada a X como autosómica se presenta en forma heterocigota.
CAPÍTULO III: HERENCIA
EJERCICIOS. HERENCIA LIGADA AL SEXO
225
¿Es posible que el gen haya provenido de la línea paterna? Justifique.
1. El raquitismo hipofosfatémico, alteración ligada al cromosoma X, es de carácter dominante. Una pareja tiene dos hijos, uno normal y otro con raquitismo. Realice un cuadro de cruzamiento para esta familia.
2. La ceguera para los colores o daltonismo que afecta a los humanos se debe a un gen recesivo ligado al cromosoma X. Liliana tiene visión normal pero su madre es daltónica y su esposo Adolfo es normal. Si Adolfo y Liliana tienen descendencia, ¿cuál es la probabilidad de que los varones presenten daltonismo?
Con base a lo observado y en términos probabilísticos se puede encontrar un patrón que dice que: •
para las enfermedades o rasgos ligados a X recesivo suele haber más hombres afectados que mujeres afectadas.
•
para las enfermedades o rasgos ligados a X dominante suele haber más mujeres afectadas que hombres afectados.
•
los rasgos holándricos o ligados al cromosoma Y solo se presentaran en varones.
3. La hemofilia es el resultado de un gen recesivo ligado a X, letal en condición homocigota. Un varón hemofílico tiene descendencia con una mujer sana y tienen un hijo sano, pero su segundo y tercer embarazo fueron abortos espontáneos. Desarrolle un cuadro de cruzamiento para explicar el genotipo de esta familia y determine el sexo de esos abortos.
226
BIOLOGÍA COMÚN
GENEALOGÍAS El humano, sin haber tenido conocimiento alguno de genética, siempre se ha preocupado de su herencia, pues en todos los tiempos ha podido observar la transmisión de rasgos físicos. Usted mismo ha heredado genes que determinaron sus rasgos individuales, tales como, tipo de sangre, de color y textura del pelo, color de la piel, color de ojos, etc. Para estudiar la distribución familiar de ciertas características se realiza un análisis genealógico, el cual se basa en la construcción de genealogías, árboles genealógicos o pedigrí.
Una genealogía es un organizador gráfico que expresa las relaciones de parentesco de un individuo que presenta el fenotipo de interés, con los miembros de su familia y permite visualizar como se hereda un rasgo genético a través de varias generaciones, es decir determinar cual es el patrón de herencia de algún fenotipo en una determinada familia. Las siguientes figuras representan los símbolos convencionales para presentar este tipo de información.
CAPÍTULO III: HERENCIA
TIPOS DE HERENCIA Y GENEALOGÍAS HERENCIA AUTOSÓMICA DOMINANTE
HERENCIA AUTOSÓMICA RECESIVA
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BIOLOGÍA COMÚN
HERENCIA DOMINANTE LIGADA AL CROMOSOMA X
HERENCIA RECESIVA LIGADA AL CROMOSOMA X
CAPÍTULO III: HERENCIA
HERENCIA LIGADA AL CROMOSOMA Y (HOLÁNDRICA)
HERENCIA EXTRACROMOSÓMICA O MITOCONDRIAL
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BIOLOGÍA COMÚN
EJERCICIOS. GENEALOGÍAS 1. Una mujer, con cierta enfermedad o portadora de ella, tiene descendencia con un hombre sano, y tienen cuatro hijos. Complete los esquemas según corresponda para cada tipo de patrón hereditario.
A. Rasgo autosómico recesivo (padre homocigoto)
B. Rasgo autosómico dominante (madre heterocigota)
C. Rasgo recesivo ligado al X
D. Rasgo dominante ligado al X (madre heterocigota)
E. Rasgo mitocondrial
CAPÍTULO III: HERENCIA
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RESPONDA 1. En el siguiente esquema se muestra la genealogía del daltonismo, una alteración de carácter recesivo y ligado al sexo.
A. ¿Cuál es el genotipo del individuo? • 1 generación I
• 2 generación II
• 3 y 4 generación III
B. Si la pareja 1 y 2 de la segunda generación tuvieran un tercer hijo y fuera de sexo femenino, ¿cuál seria su genotipo?
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BIOLOGÍA COMÚN
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Variación individual Carácter hereditario Cromosomas Cromosomas sexuales Gametos Haploide Diploide Genes Genoma Fenotipo Genotipo Alelos Monohibridismo Dihibridismo Herencia sin dominancia Codominancia Alelos múltiples Herencia ligada al sexo Patrones hereditarios
Sí
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
CAPÍTULO UNIDAD 1,III: CAPÍTULO HERENCIA III
CAPÍTULO IV
PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
• Unidad 1: Sistema endocrino • Unidad 2: Hormonas y sexualidad
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BIOLOGÍA COMÚN
INTRODUCCIÓN Para que los organismos superiores puedan desarrollarse plenamente en su ambiente, es necesario que cada uno de sus diferentes órganos y sistemas funcionen en coordinación con los demás. Esta regulación se logra por la acción de los sistemas nervioso y endocrino. La integración de estos sistemas es clave en la mantención constante del medio interno (homeostasis), procesos que van desde la regulación del volumen y composición del líquido tisular hasta la regulación térmica. De esta manera, la constancia del medio interno puede considerarse como el propósito de la actividad funcional de órganos y sistemas para proporcionar condiciones óptimas a la actividad celular y, por lo tanto, del funcionamiento del organismo. Los procesos metabólicos ocurren de manera continua en todos los organismos y deben ser cuidadosamente regulados para mantener la homeostasis, un ambiente interno adecuado y equilibrado. Cuando se ha elaborado una cantidad suficiente de un producto celular, se debe disminuir o suspender su producción. Cuando se requiere una sustancia en particular, se deben activar los procesos celulares que la producen. Estos mecanismos homeostáticos son sistemas de control de autorregulación muy sensibles y eficientes. Por ejemplo, la regulación de la concentración de glucosa en el plasma de animales superiores es un buen ejemplo de un mecanismo homeostático. Las células requieren un suministro constante de glucosa, la cual es metabolizada para obtener energía.
El sistema circulatorio transporta y distribuye glucosa y otros nutrientes a todas las células. Cuando la concentración de glucosa plasmática se eleva por encima de los límites normales, el exceso de glucosa se almacena en el hígado y en las células musculares en forma de glucógeno. Si no se ingiere alimento durante unas cuantas horas, la concentración de glucosa disminuye. El organismo entonces, transforma los nutrientes almacenados en glucosa, recuperando el nivel normal de glucosa plasmática. Cuando la concentración de glucosa disminuye, se siente hambre, de modo que al ingerir y metabolizar los alimentos se restauran los nutrientes.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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UNIDAD 1 SISTEMA ENDOCRINO CONTROL HORMONAL SEÑALES QUÍMICAS Y ELECTROQUÍMICAS El control y la regulación requieren de información. Esta información es transmitida principalmente como señales de tipo electroquímicas y químicas. Las señales químicas están determinadas por acción de hormonas secretadas por células. Difunden localmente en el líquido extracelular hasta llegar a la sangre y se distribuyen a través del sistema circulatorio.
CONCEPTOS CLAVE Hormona Concentración sanguínea hormonal Mensaje hormonal Glándula endocrina Retrocontrol hormonal Ciclo ovárico Ciclo uterino Progesterona Estrógenos
FSH LH Pubertad Caracteres sexuales secundarios Menstruación Endometrio Glicemia Diabetes.
Las hormonas pueden controlar numerosas respuestas fisiológicas en el largo plazo, como la secreción de enzimas digestivas por parte del tracto gastrointestinal y los ciclos reproductivos de muchas especies. Una hormona es un compuesto que actúa como mensajero químico. Es producida por ciertas células de un organismo multicelular y recibido por células del mismo organismo. Las células que secretan hormonas se denominan células endocrinas. Para recibir el mensaje hormonal, una célula blanco debe tener receptores apropiados a los cuales la hormona puede unirse. La unión de una hormona a su receptor activa mecanismos dentro de la célula blanco que en el curso del tiempo lo conducen a una respuesta que puede ser de desarrollo, fisiológica o conductual.
SEÑALES QUÍMICAS: CIRCULANTES Y LOCALES La mayoría de las hormonas endocrinas son hormonas circulantes, es decir, pasan desde las células secretoras que las sintetizan al líquido intersticial y luego a la sangre. Otras hormonas, llamadas hormonas locales, actúan en las células vecinas o sobre la misma célula que las secretó sin entrar primero al torrente sanguíneo.
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BIOLOGÍA COMÚN
Sistema de señalización química: A. Las hormonas circulantes son mensajeros químicos secretados que se distribuye en el organismos vía sistema circulatorio. B. Una hormona autocrina influye sobre la célula que la libera. Las hormonas paracrinas influyen sobre las células vecinas.
DESARROLLANDO EL PENSAMIENTO CIENTÍFICO 1. Bayliss y Starling, hace más de cien años, demostraron cómo las células de un organismo se comunicaban por medio de mensajeros químicos que utilizaban a la circulación para efectuar su acción biológica específica a distancia, a estos mensajeros los denominaron como hormonas. Ellos observaron que la presencia de ácido clorhídrico mezclado con alimento en el duodeno (primera parte del intestino delgado), al que previa y cuidadosamente habían denervado, pero, que tenían intactos los vasos sanguíneos, detonaba en el mismo duodeno la producción de una sustancia que pasando a la circulación llegaba hasta el páncreas para estimular la secreción de enzimas digestivas. Así desprovisto de nervios el intestino, postularon que sólo una sustancia química viajando por la circulación podría efectuar un estímulo específico en un órgano situado a distancia. Para confirmar lo anterior se tomaron fragmentos de la mucosa intestinal agregándoles ácido clorhídrico y triturándolos, después de una filtración se obtuvo un extracto que se inyectó por vía intravenosa a un perro anestesiado, consiguiéndose de inmediato la secreción pancreática. Se dió el nombre de secretina a este agente de naturaleza desconocida generado en la pared del duodeno, siendo la primera hormona descrita en la historia de la medicina. En el texto anterior, lo que está subrayado corresponden respectivamente a: Opción 1. Hipótesis y experimento. Opción 2. Conclusión e hipótesis. Opción 3. Hipótesis y Experimento. 2. Investigaciones realizadas en 1849 por el doctor A.A. Berthold revelaron la importancia de las gónadas en la maduración de los gallos. Él demostró que si a un grupo de gallos juveniles se les extraen los testículos éstos manifiestan atrofia de los caracteres sexuales secundarios, no desarrollan cresta ni la agresividad característica de estas aves en estado adulto, pero, hizo ver también, que al administrar el extracto testicular crudo o hacer la reimplantación de la gónada, en una región diferente del cuerpo, pero próxima a algún vaso sanguíneo, los gallos se desarrollaban normalmente. ¿Cuál de las aseveraciones no se puede considerar como conclusión a partir de esta investigación? 1. Los testículos producen una sustancia que estimula el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios en los machos, actuando en distintas partes del organismo. 2. La sustancia química producida por estos órganos es capaz de desencadenar efectos en otro tejido del cuerpo, distinto al lugar de donde se produce. 3. La presencia del órgano completo en el cuerpo y no la sustancia producida por el órgano es necesaria para estimular el desarrollo de caracteres sexuales.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
LAS GLÁNDULAS ENDOCRINAS SECRETAN HORMONAS Algunas células endocrinas están distribuidas como células aisladas en los tejidos, por ejemplo, muchas hormonas del tracto digestivo son producidas y secretadas por células aisladas del revestimiento del tracto. A medida que el contenido del tracto digestivo entra en contacto con estas células, ellas secretan sus hormonas, entran a la sangre y circulan en el organismo activando células que tienen los receptores apropiados. Sin embargo, muchas hormonas son secretadas por agregados de células endocrinas que forman órganos secretores llamados glándulas endocrinas. Al conjunto se le denomina sistema endocrino.
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Los animales poseen tres tipos de glándulas. Las glándulas exocrinas, como las glándulas sudoríparas y las salivales, que liberan secreciones que no son hormonas a través de conductos al exterior. Por ejemplo, las glándulas sudoríparas, se abren en la superficie de la piel y las salivales se abren en la boca. Las glándulas que secretan hormonas y que no tienen conductos se llaman glándulas endocrinas. Secretan sus productos directamente en el líquido extracelular y de allí pasan a la sangre. Las glándulas que vacían sus secreciones tanto a la sangre como a un conducto excretor (mixtas) se denominan glándulas anficrinas, como el páncreas, ya que sintetiza hormonas y enzimas digestivas.
CLASIFICACIÓN QUÍMICA DE HORMONAS Desde el punto de vista del comportamiento y estructura química, las hormonas pueden dividirse en dos grandes clases, aquellas que son solubles en lípidos y aquellas que son solubles en agua. La clasificación química es también útil desde el punto de vista funcional, ya que la manera en las que las dos clases de hormonas ejercen sus efectos son diferentes.
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HORMONAS LIPOSOLUBLES Las hormonas liposolubles comprenden a las hormonas esteroidales y las tiroideas. 1. Las hormonas esteroidales derivan del colesterol. Cada hormona esteroidal es única, gracias a la presencia de distintos grupos químicos unidos a varios sitios en los cuatro anillos en el centro de su estructura. Estas pequeñas diferencias permiten una gran diversidad de funciones. Aquí están las hormonas sexuales y los corticoides.
2.Las hormonas tiroideas, triyodotironina (T3) y tiroxina (T4). Se sintetizan agregando yodo al aminoácido tirosina. El anillo benceno de la tirosina más los átomos de yodo agregados hacen que la T3 y T4 sean muy liposolubles.
Acción de una hormona liposoluble: las hormonas liposolubles cruzan la membrana plasmática y se unen a receptores citoplasmáticos.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
HORMONAS HIDROSOLUBLES Las hormonas hidrosolubles incluyen a las aminoacídicas, peptídicas y proteicas. 1. Las hormonas aminoacídicas. Se sintetizan modificando ciertos aminoácidos. Se llaman aminas porque conservan un grupo amino (-NH3+), como por ejemplo, las catecolaminas (adrenalina y noradrenalina). 2. Las hormonas peptídicas y proteicas. Son polímeros de aminoácidos.
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Las hormonas peptídicas son pequeñas cadenas de 3 a 49 aminoácidos. Las hormonas proteicas, incluyen cadenas de 50 a 200 aminoácidos. Ejemplos de éstas son insulina, hormona antidiurética y oxitocina. Las hormonas proteicas incluyen a la hormona del crecimiento humana. Varias de las hormonas proteicas tienen unidos grupos hidrocarbonados, y entonces son hormonas glucoproteicas, como por ejemplo, hormona folículo estimulante (FSH), hormona luteinizante (LH) y tirotrofina (TSH).
Acción de una hormona hidrosoluble. La hormonas hidrosolubles se une a receptores de membrana induciendo la síntesis de segundos mensajeros.
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CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LAS HORMONAS Con pocas excepciones, las hormonas no son secretadas en cantidades constantes, sino que en forma intermitente o pulsos.
Las hormonas son transportadas en el plasma sanguíneo en solución (las hidrosolubles) o ligadas a algún componente proteico del plasma (las liposolubles).
Normalmente siempre está ocurriendo alguna secreción y la tasa de producción puede aumentar o disminuir, según los requerimientos celulares. La secreción implica la síntesis, almacenamiento intracelular y posterior liberación a la sangre. Por ejemplo, las hormonas de naturaleza proteica son sintetizadas en el RER en forma de hormona inactiva, luego son transferidas al aparato de Golgi, donde son almacenadas hasta que un estímulo adecuado provoque su secreción.
La cantidad de una hormona en la circulación es usualmente regulada por mecanismo de control del tipo “feedback” negativo, o retroalimentación negativa, vale decir, cuando se produce un aumento de la secreción hormonal, disminuye su producción (y viceversa).
Esquema del funcionamiento de un sistema de retroalimentación. La flecha discontinua que regresa a la parte superior representa la retroalimentación negativa. Los tres componentes básicos de un sistema de retroalimentación son receptores, el centro de control y los efectores.
Si bien existen mecanismos de retroalimentación positiva (un aumento de la secreción hormonal, aumenta la producción), como lo que ocurre en el parto, estos tienden a asociarse con estados patológicos o anormales.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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EFECTOS DE LA ACCIÓN HORMONAL
CONTROL DEL HIPOTÁLAMO SOBRE LA HIPÓFISIS
Una vez que una hormona es reconocida por su respectivo receptor en la célula blanco, los efectos pueden ser de los siguientes tipos.
Durante muchos años la hipófisis recibió el nombre de glándula endocrina “principal” debido a que produce varias hormonas que controlan otras glándulas endocrinas. Actualmente sabemos que la hipófisis está regulada por un componente del encéfalo, el hipotálamo.
Estimulante. Promueve actividad en un tejido, por ejemplo, prolactina. Inhibitorio. Disminuye actividad en un tejido, por ejemplo, somatostatina. Antagonista. Ocurre cuando un par de hormonas tienen efectos opuestos entre sí, por ejemplo, insulina y glucagón. Sinergista. Ocurre cuando dos hormonas en conjunto tienen un efecto más potente que cuando se encuentran separadas, por ejemplo, hormona del crecimiento (GH) y triyodotironina (T3) y Tiroxina (T4). Trópica o trófica. Esta es una hormona que altera el metabolismo de otro tejido endocrino estimulando la producción de hormonas, por ejemplo, gonadotropinas.
HIPOTÁLAMO El hipotálamo desempeña un papel muy importante en la integración de los sistemas nervioso y endocrino. Diferentes células pueden responder de diferente forma a una misma hormona. Esta diversidad de respuestas de los tejidos blancos es posible porque maquinarias celulares que elaboran las respuestas “leen” la señal de manera distinta. La especificidad de la acción hormonal se explica más por las características de las células blanco que por las propiedades de las hormonas.
Esta región del cerebro contiene células neurosecretoras, las cuales sintetizan hormonas peptídicas, vasopresina y oxitocina, las que son almacenadas y liberadas al torrente sanguíneo desde la hipófisis posterior. Así mismo el hipotálamo controla la liberación de hormonas de la hipófisis anterior a través de la secreción de por lo menos nueve hormonas peptídicas. Estos péptidos se denominan hormonas liberadoras (RH) o inhibidoras (IH), dependiendo si estimulan o impiden la liberación de hormonas de la hipófisis anterior, respectivamente.
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Las RH e IH se sintetizan en las células nerviosas del hipotálamo, se secretan a un lecho de capilares en la porción inferior del hipotálamo y viajan una distancia corta a través de vasos sanguíneos a un segundo lecho de capilares que rodea las células endocrinas de la hipófisis anterior (sistema portal hipofisiario).
La hipófisis anterior a su vez controla a otras glándulas endocrinas a través de síntesis y secreción de hormonas tróficas que estimulan la producción hormonal de las distintas glándulas endocrinas.
Esquema que representa la relación entre el hipotálamo y la hipófisis anterior o adenohipófisis (A) y con la hipófisis posterior o neurohipófisis (B).
A
B
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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Hormonas hipotalámicas, sus células blanco o diana en la adenohipófisis y los órganos blancos de ésta. También presenta las dos hormonas hipotalámicas que se almacenan en la hipófisis posterior. Hormonas Hipotalámicas
Blanco
Acción principal
Hormona liberadora de la hormona del crecimiento (GRH).
Adenohipófisis
Estimula la secreción (liberación) de hormona del crecimiento.
Hormona inhibidora de la hormona del crecimiento (GIH) o Somatostatina (SS).
Adenohipófisis
Inhibe la secreción de hormona del crecimiento.
Hormona liberadora de corticotropina (CRH).
Adenohipófisis
Estimula la liberación de hormona adrenocorticotrofina(ACTH).
Hormonal liberadora de tirotropina (TRH).
Adenohipófisis
Estimula la liberación de hormona tiroideoestimulante (TSH).
Hormona liberadora de gonadotropina (GnRH).
Adenohipófisis
Estimula la liberación de gonadotropinas (FSH y LH).
Hormona liberadora de prolactina (PRH).
Adenohipófisis
Estimula la secreción de prolactina.
Hormona inhibidora de prolactina (PIH) o dopamina.
Adenohipófisis
Inhibe la secreción de prolactina.
Oxitocina
Glándulas mamarias y músculo uterino
Estimula la eyección láctea y las contracciones del músculo uterino durante el parto.
Vasopresina o Antidiurética(ADH)
Riñones (nefrones)
Aumenta la reabsorción de agua a nivel de los túbulos contorneados distal y colector.
HIPÓFISIS Esta glándula tiene el tamaño de una arveja y se aloja en una cavidad ósea llamada silla turca. Funcionalmente presenta una porción anterior o adenohipófisis, y, otra posterior o neurohipófisis. HIPÓFISIS ANTERIOR O ADENOHIPÓFISIS La hipófisis anterior sintetiza y secreta diversas hormonas. Cuatro hormonas tróficas, que actúan sobre su tejido endocrino efector, estimulando la secreción de hormonas adicionales que ejercen efectos sistémicos, metabólicos o sobre el desarrollo y hormonas que no actúan sobre otras glándulas sino que directamente en tejidos diana específicos.
Las hormonas tróficas son cuatro. Hormona Folículo Estimulante (FSH), Hormona Luteinizante (LH) y la tirotrofina (TSH) son glucoproteínas similares, en cambio, la cuarta hormona trófica, adrenocorticotrofina (ACTH), no se le relaciona desde el punto de vista estructural con las otras ya que es una hormona peptídica derivada de una proteína precursora de gran tamaño. La FSH y la LH son llamadas además, gonadotrofinas porque estimulan las actividades de las gónadas masculinas y femeninas, los testículos y los ovarios.
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BIOLOGÍA COMÚN
La TSH promueve el desarrollo normal de la glándula tiroides y la producción de hormonas tiroideas y la ACTH estimula la producción y secreción de hormonas esteroidales desde la corteza suprarrenal. Las cuatro hormonas tróficas de la hipófisis anterior participan en vías neuroendocrinas complejas. En cada una de ellas, señales dirigidas al encéfalo estimulan la liberación de una neurohormona hipotalámica que a su vez estimula la liberación de una hormona trófica de la hipófisis anterior. Más adelante cuando revisemos hormonas y sexualidad, analizaremos el modo en que la FSH y la LH regulan funciones de reproducción a través de circuitos de retroalimentación negativa que son fundamentales en la regulación de estas vías complejas. Las demás hormonas de la hipófisis anterior no actúan sobre otras glándulas endocrinas. Estas corresponden a prolactina y a hormona del crecimiento.
La prolactina junto a otras hormonas estimula el desarrollo de las glándulas mamarias durante el embarazo, la síntesis de leche en los mamíferos y regula el metabolismo de las grasas. La hormona del crecimiento (GH) o somatotrofina actúa sobre casi todas las células del organismo incrementando la síntesis de proteínas, utilización de las grasas y el almacenamiento de carbohidratos. Su acción principal consiste en enviar señales al hígado para que libere efectores de crecimiento similares a la insulina (IGF), que se mueven por el torrente sanguíneo y estimulan directamente el crecimiento óseo y cartilaginoso. En ausencia de GH el esqueleto de un animal inmaduro deja de crecer. Al inyectar la hormona a un animal que carece, por manipulación experimental, de su propia hormona, se reanuda el crecimiento. La GH también ejerce diversos efectos metabólicos que tienden a elevar la glucemia, oponiéndose así a los efectos de la insulina.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
La producción anormal de GH en los seres humanos puede dar como resultado varios trastornos, de acuerdo con el momento en que aparece el problema y si se debe a hipersecreción (exceso) o hiposecreción (escasez). La hipersecreción de GH durante la infancia produce, en ocasiones, gigantismo, en el cual, la persona crece hasta una estatura inusualmente elevada –hasta 2,4 metrosaunque las proporciones corporales siguen siendo relativamente normales. La producción excesiva de GH en la adultez, enfermedad conocida como Acromegalia, estimula el crecimiento óseo en algunos tejidos que aún responden a la hormona como los del rostro, las manos y los pies. La hiposecreción de GH en la niñez retrasa el crecimiento de los huesos largos y, a veces, genera enanismo hipofisiario. Los individuos con esta enfermedad, por lo general, alcanzan una altura máxima de sólo 1,2 metros, aunque las proporciones corporales siguen siendo relativamente normales. Si se diagnostica antes de la pubertad, el enanismo hipofisiario puede tratarse satisfactoriamente con GH humana.
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HIPÓFISIS POSTERIOR O NEUROHIPÓFISIS La hipófisis posterior es una extensión del hipotálamo y contiene las terminaciones de dos tipos de células neurosecretoras. Dichas terminaciones están rodeadas por un lecho de capilares en el que liberan hormonas para ser transportadas por el torrente sanguíneo. Dos hormonas peptídicas se sintetizan en el hipotálamo y se almacenan en la hipófisis posterior: hormona antidiurética o vasopresina (ADH) y oxitocina.
La secreción de oxitocina es regulada por mecanismos de retroalimentación positiva.
La hormona antidiurética (ADH) actúa a nivel de riñones, incrementando la retención de agua y disminuyendo el volumen de orina. Forma parte del mecanismo elaborado que ayuda a regular la osmolaridad de la sangre. Este mecanismo ilustra la importancia de la retroalimentación negativa para mantener la homeostasis y el papel central del hipotálamo como miembro del sistema endocrino y del sistema nervioso. La diabetes insípida es el resultado de un déficit de hormona antidiurética o vasopresina, encargada de limitar la producción excesiva de orina. Lo singular de esta hormona es que el hipotálamo la produce y luego es almacenada hasta ser liberada en el flujo sanguíneo por la hipófisis posterior. Los principales síntomas de esta enfermedad son, sed excesiva (polidipsia) y una producción exagerada de orina muy diluida (poliuria). La oxitocina induce a las células diana de los músculos uterinos para que se contraigan durante el parto. También determina que las glándulas mamarias liberen leche durante la lactancia, proceso conocido como eyección láctea y no producción, que es consecuencia de la acción de la prolactina, hormona hipofisaria.
ACCIÓN DE LAS HORMONAS NO HIPOFISIARIAS Las hormonas no hipofisiarias ayudan a regular el metabolismo, la homeostasis, el desarrollo y la conducta. A continuación, se revisan las principales funciones de varias hormonas no hipofisiarias y las glándulas endocrinas que las producen. Las hormonas tróficas de la hipófisis anterior controlan la secreción de algunas de estas hormonas, pero no de todas.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
GLÁNDULA TIROIDES En los humanos y en otros mamíferos, la glándula tiroides se compone de dos lóbulos localizados en la cara ventral de la tráquea. La glándula tiroides produce dos hormonas muy similares derivadas del aminoácido tirosina: triyodotironina (T3), que contiene tres átomos de yodo, y tetrayodotironina, o tiroxina (T4), que contienen cuatro átomos de yodo. En mamíferos, la tiroides secreta principalmente T4, pero, las células diana convierten la mayor parte de ella a T3 eliminando un átomo de yodo. Si bien ambas hormonas se unen a la misma proteína receptora localizada en el núcleo celular, el receptor tiene mayor afinidad por T3 que por T4. Así, la que genera las respuestas en las células diana es principalmente T3. La regulación de secreción de T3 y T4 se realiza por retroalimentación negativa. El hipotálamo secreta hormona liberadora de TSH (TRH), que estimula a hipófisis anterior para secretar tirotropina (TSH). La TSH estimula, entonces, a tiroides para sintetizar y liberar las hormonas tiroideas T3 y T4. Estas hormonas ejercen retroalimentación negativa sobre hipotálamo e hipófisis anterior, al inhibir la liberación de TRH y TSH. La tiroides también produce otra hormona, llamada calcitonina, cuya función es regular la concentración de calcio en los líquidos corporales. Esta hormona no tiene control hipofisario sino que solo por los niveles de calcio plasmático.
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El esqueleto sirve como un “banco” en el cual es posible depositar o retirar calcio, según sea necesario. Si calcio plasmático es muy alto, entonces tiroides secreta calcitonina, inhibiendo la liberación de calcio desde los huesos, estimulando a los osteoblastos a almacenar calcio, es decir, disminuye la calcemia manteniendo la homeostasis del calcio en alrededor de 10 mg/100 ml. En la mayoría de los vertebrados, la calcitonina es importante en la regulación de las concentraciones de calcio plasmático e incluso puede promover el crecimiento óseo, sin embargo, en humanos las acciones de calcitonina parecen no ser tan influyentes en la homeostasis del calcio.
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TIROIDES Hormonas
Tiroxina
Efectos
Trastornos de la Homeostasis
Metabolismo. La principal función de T4, es la regulación del metabolismo basal aumentando la síntesis proteica e incrementando el tamaño y número de las mitocondrias. Además estimula el consumo de oxígeno y la producción de calor (el frío ambiental estimula la producción, mientras que el calor la disminuye).
Hipofunción. En la niñez, cretinismo congénito (el crecimiento esquelético y el desarrollo mental se detienen, dando por resultado un enano de escasa inteligencia). Se trata exitosamente con hormonas tiroideas. En el adulto, mixedema. Se caracteriza por una tumefacción o hinchazón de la piel, especialmente en manos y cara, metabolismo lento, temperatura corporal más baja que la normal, tendencia a engordar y a permanecer inactivo y dificultad para pensar con rapidez y eficacia. La hipofunción también causa bocio simple, que se manifiesta como abultamiento del cuello, que se produce por aumento del tamaño de la tiroides, debido a deficiencia de yodo en la dieta.
Crecimiento y desarrollo. Tiene especial importancia durante el desarrollo fetal y el periodo postnatal, puesto que promueve el crecimiento corporal y el normal desarrollo del tejido nervioso, consecuencia de la capacidad de las hormonas tiroideas de promover la síntesis proteica. Potenciar el efecto de hormona liberadora de GH y síntesis de somatomedinas, potenciar el efecto de las somatomedinas en el hueso. También regula la proliferación y diferenciación neuronal, la mielogénesis y formación de sinapsis. SNC. Se requiere durante la infancia para el normal desarrollo intelectual, la memoria y la personalidad.
Calcitonina
La secreción de calcitonina aumenta cuando el calcio plasmático se eleva sobre lo normal, estimulando el almacenamiento de calcio en los huesos. Asimismo disminuye la absorción intestinal de calcio y aumenta su excreción por vía renal, por lo tanto es una hormona con un efecto hipocalcemiante.
Bocio (agrandamiento de la glándula tiroides)
Hiperfunción. En el adulto produce metabolismo acelerado, por lo que el individuo es delgado, sufre palpitaciones fuertes, transpira con facilidad, tiene su temperatura corporal superior a la normal y es irritable. La causa más común de hipertiroidismo es la Enfermedad de Graves, una afección autoinmunitaria. En algunos casos se produce prominencia de los globos oculares conocida como exoftalmia. Esta enfermedad se llama bocio exoftálmico. La hipersecreción de calcitonina puede provocar hipocalcemia y su hiposecreción un depósito insuficiente de calcio en los huesos, especialmente en la niñez ya que la actividad de remodelación ósea es alta en ellos.
Exoftalmia (exceso de hormonas tiroideas, como en la enfermedad de Graves)
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
GLÁNDULAS PARATIROIDES
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Anatomía de tiroides y la paratiroides
Cuatro pequeñas estructuras situadas sobre la tiroides constituyen a la glándula paratiroides que sintetiza y secreta la hormona paratiroidea (PTH), también llamada parathormona o paratohormona. Esta hormona se libera cuando el nivel de calcio plasmático cae por debajo de lo normal induciendo a las células, llamadas osteoclastos, a descomponer la matriz mineralizada del hueso y liberar calcio a la sangre. La PTH también actúa sobre los riñones estimulando la reabsorción de calcio e indirectamente promueve la conversión de vitamina D a su forma activa, la que estimula la captación de calcio a nivel intestinal, potenciando el efecto de la PTH. Si el nivel de calcio desciende notablemente, los músculos esqueléticos comienzan a contraerse de forma convulsiva, cuadro conocido como tetania, la cual si no es tratada es fatal.
La PTH y la calcitonina tienen efectos antagónicos y actúan manteniendo la homeostasis del calcio en alrededor de 10 mg/100 ml.
PARATIROIDES Hormonas
Efectos Cuando el calcio en la sangre esta bajo lo normal, debido a la insuficiencia de esta sustancia en la dieta o la falta de vitamina D, (permite la absorción del calcio en el intestino), la parathormona, hace que los huesos liberen calcio, asimismo, hace que los riñones reabsorban más calcio durante la producción de orina y que devuelvan el calcio a la sangre.
Parathormona
El aumento de calcio en la sangre inhibe la liberación de hormona paratiroidea en un circuito de retroalimentación negativa. De esta manera el esqueleto sirve como un “banco” en el cual es posible depositar o retirar calcio, según sea necesario bajo la acción tanto de la PTH como de la calcitonina.
Trastornos de la Homeostasis
Hipoparatiroidismo: Debilidad muscular, problemas neurológicos, formación de huesos densos, tetania por hipocalcemia. Hiperparatiroidismo: Problemas neurológicos, mentales y musculares por hipercalcemia; huesos débiles y quebradizos.
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BIOLOGÍA COMÚN
REGULACIÓN DE CALCIO PLASMÁTICO POR ACCIÓN DE HORMONAS CALCITONINA Y PARATOHORMONA
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
GLÁNDULA SUPRARRENAL Las glándulas suprarrenales o simplemente adrenales están ubicadas sobre los riñones y constituida por dos grandes zonas, la corteza adrenal que secreta hormonas esteroidales y la zona medular adrenal que secreta hormonas no esteroidales.
CORTEZA SUPRARRENAL Produce tres tipos de hormonas esteroidales: 1. Mineralocorticoides 2. Glucocorticoides 3. Andrógenos corticales
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MÉDULA SUPRARRENAL Es un ganglio nervioso modificado de gran tamaño, cuyas terminaciones nerviosas secretan adrenalina (epinefrina) y noradrenalina (norepinefrina) hacia la circulación sanguínea. Las hormonas medulares intensifican las respuestas simpáticas en otras partes del organismo. En situaciones de estrés y durante el ejercicio, los impulsos del hipotálamo estimulan a las neuronas del sistema nervioso simpático que inervan la médula suprarrenal y la estimulan a secretar adrenalina y noradrenalina. Estas dos hormonas aumentan, en gran medida, la respuesta de lucha o huida. Se incrementa la frecuencia cardiaca, la fuerza de contracción del corazón, el gasto cardiaco y la presión arterial. También aumenta la irrigación al corazón, hígado, musculatura esquelética y tejido adiposo. Se dilatan las vías aéreas y aumentan los niveles plasmáticos de glucosa y ácidos grasos.
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BIOLOGÍA COMÚN
Corteza Suprarrenal Hormonas
Efectos
Mineralocorticoides (Aldosterona)
La función principal de estas hormonas, de las cuales la aldosterona es la más importante, consiste en promover la reabsorción, por parte del riñón, de iones de sodio y cloruro, y agua, facilitando al mismo tiempo la eliminación de ion potasio. Los iones en cuestión no solamente son importantes por sí mismos, sino que su presencia en la sangre mantiene alta la presión osmótica, lo que asegura volumen y presión sanguínea normales. No hay control del eje hipotálamo-hipófisis, sino que por los niveles de sodio plasmáticos.
Glucocorticoides (Cortisol)
Hormonas Androgénicas
Trastornos de la Homeostasis
Los niveles de glucocorticoides, siendo el más importante el cortisol, son regulados por la hormona hipofisiaria adrenocorticotrófica (ACTH), que tiene una regulación hipotalámica mediado por una parte por el factor liberador de ACTH y por otra parte, los niveles de ACTH. El cortisol se libera como respuesta al estrés y promueven la conversión de grasa y proteínas en metabolitos intermedios, los cuales finalmente se convierten en glucosa (gluconeogénesis). De este modo, hacen que el nivel del azúcar en la sangre se eleve (hiperglicemiante). También tiene un efecto inmunosupresor y es por esta razón que se utilizan glucocorticoides para retardar el rechazo de órganos transplantados. Así mismo, se usan para reducir la inflamación en reacciones alérgicas, infecciones, enfermedades autoinmunes y determinados tipos de cáncer. La corteza adrenal produce tanto en el hombre como en la mujer androsterona, que es una hormona de actividad sexual masculina. Colabora en el varón en determinar la contextura masculina. Es frecuente que esta hormona no tenga acción en la mujer hasta después de la menopausia, pues antes su efecto es antagonizado por los estrógenos ováricos, aunque hay fundada evidencia de que eleva la líbido (deseo sexual).
Hipoaldosteronismo: Poliuria, hipovolemia, hiperkalemia.
Hipersecreción: Aumento del peso corporal por retención de agua, hipokalemia.
La hiposecreción de corticoides junto con aldosterona causa la enfermedad de Addison, cuyos síntomas son: incapacidad para tolerar estrés, movilización de reservas de energía con glicemia normal descenso de la presión sanguínea, pérdida del apetito, debilidad muscular y apatía general y también hipovolemia. La hipersecreción de corticoides, y en forma secundaria de aldosterona (la hipersecreción de ACTH en grandes niveles también induce liberación de mineralocorticoides), causa enfermedad de Cushing. Se caracteriza por una movilización excesiva de reservas lipídicas, destrucción de proteínas y deterioro en el metabolismo de la glucosa. La hiperfunción en niños de sexo masculino determina una madurez precoz en el desarrollo muscular, distribución del vello y la voz característica del adulto. En las mujeres ocasiona masculinización, creciendo la barba, voz ronca, e involución del ovario, útero y vagina. La hiposecreción en niños causa infantilismo.
Médula Suprarrenal
Adrenalina y Noradrenalina
Estas hormonas aumentan la frecuencia cardiaca, elevan la presión sanguínea, estimulan la respiración y dilatan las vías respiratorias. Además aumentan la concentración de glucosa en la sangre. La médula suprarrenal se activa por los nervios esplénicos y actúa como mediadora de la actividad simpática. Esto implica que la médula suprarrenal actúa concertadamente con el sistema nervioso simpático, logrando con ello que la respuesta sea general y no localizada como ocurre con la función nerviosa.
Feocromocitoma: Velocidad metabólica y temperatura corporal elevada, aumento de la frecuencia cardiaca; hiperglicemia. Semejante a excesiva actividad simpática
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
REGULACIÓN Y ACCIÓN DEL CORTISOL Los estímulos nerviosos inducen al hipotálamo a liberar CRH, el que actúa a nivel de adenohipófisis y ésta libera en respuesta ACTH, hormona que presenta ritmo circadiano, siendo más elevada su concentración al amanecer, para ir disminuyendo sus niveles gradualmente, llegando a un nivel más bajo al atardecer. La ACTH estimula a corteza adrenal para producir cortisol cuyo principal órgano reactivo es hígado. Las células hepáticas pueden convertir ciertos aminoácidos o el ácido láctico en glucosa (gluconeogénesis) de esta manera se incrementa el nivel de glicemia.
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También deprimen las respuestas inmunitarias y es por esta razón que se utiliza para evitar el rechazo de los órganos trasplantados. Son potentes antiinflamatorios por lo que se utilizan en variados procesos como reacciones alérgicas, infecciones, enfermedades autoinmunes e inclusos en algunos tipos de cáncer. El cortisol inhibe la producción de prostaglandinas (que son mediadores de la inflamación). También atenúan la inflamación al reducir la permeabilidad de las membranas capilares y así aminoran la hinchazón, además de disminuir los efectos de la histamina (sustancia mediadora de la respuesta inflamatoria).
En el músculo aumentan la tasa de degradación de proteínas y la liberación de aminoácidos al torrente sanguíneo y también estimulan la lipólisis (degradación de triglicéridos), lo que aumenta la lipidemia (lípidos en sangre).
Resumen de las hormonas de la glándula suprarrenal
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BIOLOGÍA COMÚN
PÁNCREAS El páncreas es una glándula mixta (anficrina). Produce enzimas digestivas y hormonas. En 1869, el anatomista alemán Paul Langerhans, observó que el páncreas contenía grupos de células claramente separadas del tejido glandular circundante. Estos grupos constituían el 2% de la masa total del páncreas y aparecían como diminutas islas celulares o, como Langerhans las llamó, islotes.
Los islotes de Langerhans están constituidos principalmente por células β que producen insulina y células α que secretan glucagón. Existe también un tercer tipo de células pancreáticas (células delta δ ) que secretan somatostatina, hormona que inhibe la secreción de la hormona del crecimiento y la secreción de saliva, la secreción de hormonas gastrointestinales como, gastrina, secretina, insulina, glucagón, enzimas pancreáticas (pepsina), y reduce el flujo sanguíneo esplénico.
Hormonas
Efectos
Insulina
Facilita el transporte de glucosa al interior de las células a través de la membrana celular, en especial a las células musculares y adiposas. En presencia de insulina, el exceso de glucosa es captado por las células musculares y almacenado como glucógeno. Por su parte, las células adiposas almacenan el exceso de glucosa como sustancias grasas. Además, la insulina promueve en el hígado la captación de glucosa y su almacenamiento como glucógeno. En conjunto, todos estos efectos provocan una disminución de los niveles de glucosa en la sangre, por lo que la insulina es una hormona hipoglicemiante.
Glucagón
Estimula la movilización de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos, desde los sitios de almacenamiento hacia la sangre. Como aumenta los niveles sanguíneos de glucosa, es una hormona hiperglicemiante. Los efectos del glucagón son opuestos a los ejercidos por la insulina. De esta manera se contribuye a regular los niveles de glucosa en la sangre (glicemia). También influyen en la glicemia las hormonas hiperglicemiantes hormona del crecimiento, adrenalina y cortisol.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
DIABETES MELLITUS La diabetes mellitus es un síndrome donde se altera el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas, bien por falta de secreción de insulina o por disminución de la sensibilidad tisular a esta hormona. Se conocen dos tipos de diabetes mellitus: 1. La diabetes de tipo 1, también denominada diabetes mellitus insulinodependiente (DMID), la que se debe a una falta de secreción de insulina. 2. La diabetes de tipo 2, también denominada diabetes mellitus no insulinodependiente (DMNID), obedece a una menor sensibilidad de los tejidos efectores a las acciones metabólicas de la insulina. Esta menor sensibilidad a la insulina suele conocerse como resistencia a la insulina. El efecto esencial de la falta de insulina o resistencia a la insulina sobre el metabolismo de la glucosa consiste en que la mayoría de las células, con excepción de las del encéfalo, no absorben ni utilizan de modo eficiente la glucosa. El resultado es un aumento de la glicemia, un descenso progresivo de la utilización celular de la glucosa y un aumento de la utilización de las grasas y de las proteínas. Debido a que la insulina es incapaz de promover el transporte de la glucosa hacia las células del organismo, el nivel de glucosa sanguínea es alto y se pierde en la orina (glucosuria). Los signos patognómicos de la diabetes mellitus son las tres “polis”: poliuria, excesiva producción de orina debido a la incapacidad de los riñones de reabsorber agua; polidipsia, sed excesiva; y polifagia hambre excesiva.
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DIABETES DE TIPO 1. AUSENCIA DE PRODUCCIÓN DE INSULINA POR LAS CÉLULAS BETA DEL PÁNCREAS La lesión de las células beta del páncreas o las enfermedades que alteran la producción de insulina pueden ocasionar diabetes de tipo 1. Las infecciones víricas y los trastornos autoinmunes pueden contribuir a destruir las células beta de muchos enfermos con diabetes de tipo I, pero, la herencia también desempeña una función primordial que establece la vulnerabilidad de estas células a su destrucción. En algunos casos, puede existir una tendencia hereditaria a la degeneración de las células beta sin ninguna infección vírica ni enfermedad autoinmune. La diabetes de tipo 1 suele empezar alrededor de los 14 años de edad y por esta razón, también se denomina muchas veces diabetes mellitus juvenil. La diabetes tipo 1 puede empezar de manera muy brusca, en tan solo unos días o semanas, con tres secuelas esenciales: 1. Hiperglicemia. 2. Aumento de la utilización de las grasas con fines energéticos y de la síntesis de colesterol en el hígado. 3. Reducción de las proteínas orgánicas. También se llama diabetes mellitus insulinodependiente (DMID) porque se requieren inyecciones de insulina para evitar la muerte. La aparición de la DMID es más común en persona menores de 20 años, a pesar de que persiste por toda la vida.
PATOGNÓMICOS: Síntomas específicos o signos clínicos que caracterizan o definen una determinada enfermedad.
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BIOLOGÍA COMÚN
EFECTOS DEL AUMENTO DE LA CONCENTRACIÓN SANGUÍNEA DE GLUCOSA La falta de insulina reduce la eficacia en la utilización periférica de la glucosa y aumenta la producción de ésta, con lo que los valores plasmáticos suben de 300 a 1200 mg/100 ml. El incremento de la glucosa plasmática ejerce numerosos efectos por todo el organismo.
Los enfermos de diabetes presentan a menudo hipertensión, secundaria a la lesión renal, y aterosclerosis, secundaria al metabolismo anómalo de los lípidos, que multiplican el daño tisular causado por la hiperglicemia. También hay daño en el sistema nervioso periférico. Estas alteraciones determinan trastornos reflejos cardiovasculares, alteraciones del control vesical, disminución de la sensibilidad en los miembros y otros síntomas de daño de los nervios periféricos.
1. GLUCOSURIA La elevación de la glicemia hace que se filtre más glucosa al túbulo renal de la que puede reabsorberse. El exceso de glucosa se elimina con la orina. 2. DESHIDRATACIÓN Las cifras muy elevadas de glicemia (a veces, hasta 8 a 10 veces mayores que las de un enfermo con diabetes grave no tratada) pueden ocasionar una deshidratación celular grave. Esto sucede solo en parte porque el incremento de la presión osmótica del líquido extracelular provoca la salida de agua fuera de la célula. Además del efecto deshidratador celular directo del exceso de glucosa, la pérdida de glucosa en la orina induce a diuresis osmótica. Esto significa que el efecto osmótico de glucosa en el túbulo renal reduce mucho la reabsorción tubular de líquidos. El resultado neto es la pérdida masiva de líquidos vía orina, la deshidratación consiguiente del compartimiento extracelular. Ello explica la poliuria y la polidipsia. 3. LESIONES TISULARES Si la glicemia no se controla bien durante períodos prolongados, los vasos sanguíneos de muchos tejidos del organismo empiezan a alterarse y experimentan cambios estructurales que determinan un aporte insuficiente de sangre a los tejidos. A su vez, todo ello incrementa el riesgo de infarto de miocardio, ictus (interrupción brusca del flujo sanguineo cerebral), enfermedad renal terminal, retinopatía y ceguera, así como isquemia y gangrena de las extremidades.
4. REDUCE LAS PROTEÍNAS DEL ORGANISMO La falta del uso de glucosa con fines energéticos determina mayor utilización y menor almacenamiento de proteínas y de grasa, por lo tanto, una persona con una diabetes mellitus grave, no tratada, presentará adelgazamiento rápido y astenia (falta de energía), aunque consuma grandes cantidades de alimento (polifagia). 5. ACIDOSIS La diabetes mellitus aumenta la utilización de grasas y produce acidosis metabólica. El cambio del metabolismo de los carbohidratos por el de los lípidos en la diabetes aumenta la liberación de cetoácidos y es típico el olor del aliento a acetona. Las pequeñas cantidades de ácido acetoacético en la sangre, que aumentan mucho en la diabetes grave, se transforman en acetona, compuesto volátil, que se vaporiza en el aire espirado. Por ello, se puede efectuar muchas veces el diagnóstico de diabetes tipo 1. La utilización excesiva de grasa por el hígado durante mucho tiempo determina que la sangre circulante se sature de colesterol y que las paredes arteriales lo depositen. Por eso, aparece arteriosclerosis grave y otras lesiones vasculares.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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DIABETES DE TIPO 2. RESISTENCIA A LOS EFECTOS DE LA INSULINA
LA INSULINA PLASMÁTICA ESTÁ AUMENTADA EN LA DIABETES DE TIPO 2
La diabetes tipo 2 se genera por sensibilidad muy reducida de los tejidos efectores a las acciones metabólicas de la insulina, estado conocido como resistencia a la insulina.
A diferencia de la de tipo 1, la diabetes de tipo 2 se asocia con incremento de insulina plasmática. Esto se debe a una respuesta compensadora de las células beta del páncreas por el descenso en la utilización y depósito de los carbohidratos y el incremento consiguiente de la glicemia. No obstante, incluso estas cantidades mayores de insulina no bastan para mantener normal la regulación de la glucosa por la falta de sensibilidad tan considerable de los tejidos periféricos a la insulina.
Este síndrome, al igual que la diabetes de tipo 1, se acompaña de numerosas alteraciones metabólicas, pero los cetoácidos no suelen elevarse. La diabetes de tipo 2 es mucho más común que la de tipo 1, y supone del 80 al 90% de todos los casos de diabetes. En general, empieza a partir de los 40 años, a menudo en la década de los 50 a los 60, y se instaura de manera gradual. Por eso, a este síndrome se le conoce como diabetes del adulto.
El resultado es hiperglicemia discreta tras la ingestión de carbohidratos en las primeras fases de la enfermedad. En las últimas etapas de la diabetes de tipo 2, las células beta del páncreas se “agotan” y no son capaces de producir insulina suficiente para evitar hiperglicemia más intensa, sobre todo tras ingerir una comida rica en carbohidratos. La mayoría de los enfermos con diabetes de tipo 2 son obesos. La resistencia a insulina en diabetes tipo 2 es secundaria, casi siempre, a la obesidad. Algunos estudios sugieren que el número de receptores, sobre todo del músculo esquelético, hígado y tejido adiposo, de los sujetos obesos es menor que el de los sujetos delgados.
Características clínicas de los pacientes con diabetes mellitus de tipo 1 y de tipo 2 Dato
Tipo 1
Tipo 2
Edad de comienzo
Generalmente 40 años
Masa corporal
Reducida (atrofiada) o normal Obesidad
Insulina plasmática
Reducida o ausente
Normal o elevada
Glucagón plasmático
Elevado, se puede suprimir
Elevado, resistente a la supresión
Glucosa plasmática
Aumento
Aumento
Sensibilidad a la insulina Normal
Reducción
Tratamiento
Alimentación saludable y balanceada, realizar ejercicios regularmente, bajar de peso y utilizar medicamentos que aumenten la sensibilidad de los tejidos a la insulina, que estimulen al páncreas para que secrete más insulina o que eviten que los riñones reabsorban azúcar en la sangre y en lugar de esto, el azúcar se excreta en la orina así como también que ayuden a la saciedad, lo que provoca que la persona coma menos. En algunos pacientes necesitan además recibir tratamiento con insulina.
Insulina
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BIOLOGÍA COMÚN
REGULACIÓN DE GLICEMIA
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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PRUEBA DE TOLERANCIA A LA GLUCOSA (SOBRECARGA DE GLUCOSA) Cuando una persona sana ingiere 1 gramo de glucosa por kilogramo de peso corporal en ayunas, la glicemia se eleva desde aproximadamente 90 mg/ml hasta 120 a 140 mg/100 ml y luego retorna a la normalidad en unas 2 horas. En una persona diabética la glicemia en ayunas suele encontrarse por encima de 110 mg/100 ml y muchas veces por encima de 140 mg/100 ml. Además, la sobre carga de glucosa suele resultar anormal, ya que cuando estas personas ingieren glucosa, ésta aumenta mucho más en la sangre, como lo revela la curva superior, y tarda en regresar a los valores controles unas 4 a 6 horas. Más aún, ni siquiera desciende por debajo del valor control. Esta lenta bajada de la curva y la ausencia de descenso por debajo de las cifras de control demuestra que no tiene lugar el incremento normal en la secreción de insulina tras la ingestión de glucosa, o que la sensibilidad a insulina está reducida. El diagnóstico de diabetes mellitus se suele establecer basándose en estas curvas.
Curva de tolerancia a la glucosa en una persona sana (línea continua) y en otra con diabetes (línea punteada).
La diabetes de tipo 1 se puede diferenciar de la de tipo 2 midiendo insulina plasmática. Ésta se reduce o no llega a detectarse en la diabetes de tipo 1 y aumenta en la de tipo 2.
La glicemia es la medida de concentración de glucosa libre en la sangre o plasma sanguíneo. Durante el ayuno, los niveles normales de glucosa oscilan entre 60 y 99 mg/100mL. Cuando la glicemia es inferior a este umbral se habla de hipoglicemia. Genera una serie de síntomas, los cuales pueden incluir nerviosismo, temblor, sudor o cansancio. Cuando la glicemia supera los 126 mg/100mL en forma mantenida se alcanza la condición de hiperglicemia y estamos frente a una diabetes. Los síntomas comunes son, boca seca, sed, orinar frecuentemente, cansancio y visión borrosa. Si los valores de glicemia en muestras aisladas, a cualquier hora del día, son mayores que 200 mg/100 mL acompañado o no de síntomas el diagnostico de diabetes ya está establecido, por lo tanto no se requiere efectuar una curva de tolerancia a la glucosa.
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BIOLOGÍA COMÚN
HORMONAS REGULADORAS DE LA GLICEMIA La insulina y el glucagón son las hormonas más importantes que permiten controlar los niveles de glucosa en la sangre. Junto a insulina y glucagón, cortisol también participa en el control los niveles de glucosa en la sangre, pero, además de ella está adrenalina, la que se libera por estímulos nerviosos. La acción de cortisol sobre la glicemia consiste en estimular la gluconeogénesis. Esto adquiere importancia durante períodos prolongados de ayuno, donde las reservas de glucógeno se han agotado. Para lograr gluconeogénesis los glucocorticoides tienen efecto catabólico sobre las proteínas, provocando la desaminación de éstas y movilizan glicerol y ácidos grasos desde los depósitos de lípidos.
De la misma forma que glucagón, la adrenalina ocasiona glucogenólisis, permitiendo una vía rápida de obtención de glucosa tras romper los enlaces glucosídicos. Tiene efecto hiperglicemiante. Si bien los niveles de adrenalina se regulan mediante retroalimentación negativa, ante situaciones de estrés, hipoxia (falta de oxígeno disuelto en la sangre) o hipoglicemia, la adrenalina activa el control nervioso simpático: el hipotálamo estimula por vía nerviosa a la médula suprarrenal a través de fibras simpáticas para que produzca adrenalina, la cual actúa a nivel hepático y muscular, desdoblando glucógeno en glucosa. Junto al aumento en la glicemia, la adrenalina genera aumento de presión arterial, del flujo de sangre a los músculos, del metabolismo celular, de la fuerza muscular y de la velocidad de coagulación sanguínea.
RESUMEN DE HORMONAS QUE AYUDAN A REGULAR LA GLICEMIA
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
RESPONDA
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¿Cuál es la glándula X?
1. Revise el siguiente modelo de regulación hormonal.
¿Cuál es la glándula L?
¿Cuál es la hormona R?.
¿Cómo se denomina este proceso?
2. El siguiente gráfico muestra los resultados de un examen realizado en ayunas a dos individuos (P y Q) luego de administrarles una misma dosis de glucosa vía oral.
Si la hormona M es la TSH ¿Cuál es la hormona F?
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BIOLOGÍA COMÚN
A. Según los resultados obtenidos, ¿cuáles son las conclusiones que puedes extraer?
4. Observe la figura, compare las proporciones del entorno, las personas y la actividad que desarrollan.
3. El siguiente gráfico muestra los niveles de insulina relativos (insulinemia) obtenidos en pacientes a los que se les administró insulina normal así como también algunos de los tres análogos de insulina: lispro, NPH y glargina, medicamentos utilizados para la terapia de reemplazo de insulina en pacientes diabéticos que deben controlar su índice glicémico.
De sus observaciones, ¿cuál es la hipótesis que mejor explica el problema de los colaboradores del viejo pascuero? ¿Por qué? 1. Los colaboradores presentan bocio simple. 2. Los colaboradores presentan la enfermedad de Graves. 3. Los colaboradores produjeron bajos niveles de tiroxina en su niñez. 4. Los colaboradores produjeron bajos niveles de hormona del crecimiento en su niñez. Al analizar el gráfico ¿cual de los tres análogos de insulina es el que genera mayor control de la glicemia?
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Hormona Órgano blanco Hormona trófica Glándula endocrina Retroalimentación negativa Hipófisis Hipotálamo Somatotrofina Antidiurética Prolactina Tiroides T3 y T4 Aldosterona Cortisol Páncreas Glicemia Diabetes
Sí
263
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar:
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BIOLOGÍA COMÚN
UNIDAD 2 HORMONAS Y SEXUALIDAD CONCEPTOS CLAVE Reproducción asexual Reproducción sexual Sistema reproductor masculino Sistema reproductor femenino Ciclo ovárico Ciclo uterino Control ovárico Fecundación
La supervivencia de cada especie requiere que sus miembros produzcan nuevos individuos para reemplazar a los que mueren. La capacidad para reproducirse y perpetuar su especie es una característica fundamental de los seres vivos.
Desarrollo embrionario Placenta Parto Lactancia Sexualidad humana Control de la natalidad Pubertad
La reproducción puede presentar dos modalidades: asexual o sexual. Algunos animales se reproducen asexualmente en ciertas condiciones y sexualmente en otras. A continuación se presenta un paralelo entre ambos tipos de reproducción.
Reproducción Asexual
Reproducción Sexual
Sin la fusión de gametos Un solo progenitor
Mediante fusión de gametos Generalmente dos progenitores
No genera variabilidad (clones)
Genera variabilidad
REPRODUCCIÓN ASEXUAL La reproducción asexual corresponde a la generación de descendientes cuyos genes provienen de un solo progenitor, sin la fusión de un ovocito con un espermatozoide, como estudiaremos más adelante. La siguiente tabla muestra algunas modalidades de reproducción asexual en organismos procariontes y en eucariontes. Nombre
Características
Ejemplo
Fisión o bipartición
Organismos unicelulares (eucarionte o procarionte). Un individuo progenitor duplica su material genético y se divide en dos, formando descendientes genéticamente iguales.
Bacterias, Amebas.
Yemación
Se origina un nuevo organismo a partir de un brote o yema desde el progenitor, el cual previamente a duplicado su material genético formando un nuevo núcleo que queda contenido en el brote o yema.
Hidras, Corales, Levaduras.
Fragmentación Un individuo se divide y cada fragmento desarrolla a un individuo completo.
Estrella de mar.
Reproducción Vegetativa
Estolones (Frutillas) Puede ser considerada como la fragmentación que experimentan algunas plantas que pueden Bulbos (Cebollas) generar nuevos individuos a partir de sus raíces, tallos y hojas Tubérculos (Papas)
Esporulación
Se presenta una estructura llamada esporangio donde se producen esporas, las que generan a un organismo completo.
Hongos
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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Las bacterias se reproducen asexualmente dividiéndose por bipartición o fisión binaria.
Los paramecios se reproducen de forma asexual dividiéndose por bipartición o fisión binaria (Paramecium aurelia)
La levadura Saccharomyces cerevisiae en varios estadios de gemación (MEB). Este hongo posee mecanismos de reproducción vía mitosis en los cuales genera una célula desigual en tamaño y volumen citoplasmático a la otra (yema). Esto le permite acelerar el proceso reproductivo, pero luego la célula de menor volumen deberá crecer independientemente al desprenderse de la célula progenitora.
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BIOLOGÍA COMÚN
Fragmentación. Esta estrella de mar de cinco brazos está generando tres nuevos brazos para reemplazar los miembros amputados y formar un animal completo. Ahora bien, si la estrella es cortada y quedan sus brazos separados cada uno de éstos potencialmente regenerará una estrella completa.
Fragmentación de una planaria, (Planaria torva)
Reproducción Vegetativa
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
La partenogénesis es un caso especial de reproducción en el cual la hembra produce óvulos, los que sin ser fecundados se estimulan dando origen a clones de la hembra progenitora. Se presenta en insectos, anfibios y reptiles. Otro caso especial es el hermafroditismo, en el cual el individuo presenta sistema reproductor femenino y masculino, como por ejemplo, la lombriz solitaria, Taenia solium, un parásito intestinal
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VENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL • Permite al organismo producir una gran cantidad de descendientes en forma rápida. • Permite a los organismos que no se mueven de lugar (sésiles), o que viven aislados, tener descendencia sin necesidad de encontrar pareja. • Perpetúa un genotipo en particular, en forma precisa y rápida. Es una forma efectiva para que los organismos que están bien adaptados a un ambiente, expandan en forma rápida sus poblaciones y así exploten los recursos disponibles.
DESVENTAJAS DE LA REPRODUCCIÓN ASEXUAL
Partenogénesis
• No existe variabilidad genética, produce poblaciones genéticamente uniformes, es por ello que, si las condiciones ambientales llegasen a cambiar y fuesen menos favorables para la supervivencia de los individuos, toda la población podría desaparecer.
REPRODUCCIÓN SEXUAL La reproducción sexual genera descendencia mediante la fusión de gametos, células haploides (n), para formar una célula diploide (2n), que recibe el nombre de cigoto o huevo.
Los caracoles son organismos hermafroditas
El cigoto y el individuo que se desarrolla a partir de él, contienen una combinación única de genes proporcionados por el óvulo (ovocito) y el espermatozoide. La principal ventaja de la reproducción sexual es la variabilidad genética de la población: la meiosis y la fecundación aleatoria pueden generar gran variedad genética, lo que proporciona a la especie mayor adaptabilidad frente a los cambios ambientales.
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BIOLOGÍA COMÚN
El éxito de la reproducción sexual depende de la fecundación del gameto femenino y del posterior desarrollo del cigoto diploide. Si el encuentro de los gametos ocurre en el exterior del cuerpo materno, se habla de una fecundación externa. Si ocurre dentro de los órganos reproductores de la hembra, se habla de fecundación interna. Para ambos tipos de fecundación es indispensable que exista coincidencia en la liberación de gametos, de manera que espermatozoides y óvulos estén presentes casi al mismo tiempo.
La fecundación externa es propia de vertebrados acuáticos, como peces y anfibios, ya que la propulsión de los espermatozoides requiere de un medio líquido, a través del cual puedan desplazarse hacia los óvulos arrojados al agua circundante. En la fecundación interna, necesaria para los animales de vida terrestre. El macho coloca sus espermatozoides dentro del tracto genital de la hembra, donde hay un ambiente húmedo y tibio para los gametos. La transferencia es favorecida por la unión sexual del macho con la hembra, la cópula (coito).
Diploidia (2n) y haploidia (n) en los humanos.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA DE SISTEMAS REPRODUCTORES HUMANOS A continuación, se revisan las similitudes y diferencias de los sistemas reproductores, encargados de producir gametos y posibilitar una eventual reproducción sexual en los mamíferos, especificando el caso humano masculino y femenino. Tal como se anticipó anteriormente, sobre la fisiología endocrina asociada a estos sistemas, tenga especial consideración a las variables hormonales y fisiológicas que caracterizan a cada sexo, así como a los procesos relevantes vinculados con la gametogénesis, los procesos de maduración sexual (caracteres sexuales secundarios) y el ciclo fértil femenino.
ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA MASCULINA El siguiente cuadro presenta las características y funciones de los componentes estructurales del sistema reproductor masculino. Estructura
Función
Testículo
Gónada u órgano donde se producen los espermatozoides o gametos y la hormona testosterona. Están cubiertos por el escroto.
Epidídimo
Epidídimo Lugar donde se almacenan los espermatozoides hasta su madurez.
Conducto deferente
Conducto por donde salen los espermatozoides desde el testículo e ingresan a la cavidad abdominal. La vasectomía es el corte o ligadura de estos conductos para evitar la presencia de espermios en el semen.
Conducto eyaculador
Nace de la unión del conducto deferente con el conducto de vaciamiento seminal, permite el paso del líquido seminal y continúa hasta la uretra.
Vesícula seminal
Glándula que secreta el 60% del líquido seminal. Contiene fructosa, prostaglandinas. Ayuda a neutralizar la acidez de la uretra y la del aparato reproductor femenino.
Glándula bulbouretral (Cowper)
Secreta sustancias lipídicas que ayudan a formar el semen. También neutraliza el ambiente ácido. Contribuye con moco lubricante.
Próstata
Glándula que secreta un líquido lechoso y alcalino que constituye el 20% del volumen total. Contiene ácido cítrico, varias enzimas. También contribuye a la movilidad y viabilidad de los espermatozoides.
Pene
Órgano copulador y eyaculador, presenta en su interior la uretra. Tiene forma cilíndrica y consta de cuerpo, raíz y glande. Presenta cuerpo cavernoso y tejido esponjoso. Cubierto en su parte anterior por el prepucio.
Escroto
Piel que aloja o recubre periféricamente al testículo.
Prepucio
Piel que reviste total o parcialmente el glande del pene.
Glande
Prominencia sensible del pene que colabora a la excitación sexual.
Uretra
Conducto de eliminación de la orina y del semen, ubicada a lo largo del pene.
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BIOLOGÍA COMÚN
EL SEMEN ESTÁ FORMADO POR LOS ESPERMATOZOIDES Y LAS SECRECIONES GLANDULARES. El volumen del eyaculado es de 3 a 5 ml, con un pH entre 7,2 a 7,7 y de color blanco. Cerca de 95% del semen lo constituyen las secreciones glandulares, el 5% restante está constituido por 200 a 500 millones de espermatozoides, de los cuales, solo uno fecundará al ovocito II. Los demás gametos, parecen desempeñar un papel secundario, probablemente, causando cambios químicos en el medio ambiente del tracto reproductor femenino, haciendo posible la reproducción. El varón cuyo número de espermatozoides está por debajo de 20 millones por ml probablemente es estéril.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
ESPERMATOGÉNESIS Es el proceso de formación de espermatozoides. Se desarrolla dentro de los testículos en tubos plegados llamados túbulos seminíferos. Tiene una duración aproximada de 65 a 75 días en nuestra especie, la que se extiende desde la adolescencia y durante toda la vida del individuo. La espermatogénesis se inicia con los espermatogonios (células resultantes de la multiplicación en la etapa embrionaria de las células primordiales germinales o CPG).
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Los espermatogonios poseen un número diploide (2n) de cromosomas y la cantidad de 2c de ADN. Continúan dividiéndose por mitosis y luego crecen duplicando su material genético dando origen a los espermatocitos primarios que son las células que experimentaran meiosis, primero dando origen a los espermatocitos secundarios y luego a cuatro espermátidas, cada una con un número n de cromosomas y una cantidad c de ADN. Cada espermátida experimenta proceso de diferenciación o espermiohistogénesis que dará origen a un espermatozoide.
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BIOLOGÍA COMÚN
Los espermatozoides, generalmente no sobreviven más de 72 horas en el aparato reproductor de la mujer. Cada espermatozoide consta de estructuras muy especializadas para llegar a un ovocito secundario y penetrarlo: cabeza, pieza media y cola. La cabeza posee material nuclear (ADN) y un acrosoma, vesícula que contiene hialuronidasa y proteinasas, enzimas que facilitan la penetración hacia el ovocito secundario. Numerosas mitocondrias de la pieza media se encargan del metabolismo que produce ATP para la locomoción. La cola, es un flagelo que permite la movilización.
Todas estas células en desarrollo, se mantienen, en todo momento unidas a grandes células, presentes en los túbulos seminíferos, que reciben el nombre de células de Sertoli. Estas células dirigen la espermatogénesis, nutren a las células gametogénicas y participan activamente en la diferenciación de las espermátidas en espermatozoides (fagocitan partes de las espermátidas).
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
ESPERMATOGÉNESIS
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BIOLOGÍA COMÚN
REGULACIÓN HORMONAL DE LA ESPERMATOGÉNESIS Y LA CONDUCTA SEXUAL MASCULINA La espermatogénesis está regulada por el eje hipotálamohipofisiario. Bajo la influencia de señales provenientes de otras áreas del cerebro, el hipotálamo secreta la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) hacia la sangre y es transportada hasta la hipófisis anterior, donde estimula la liberación de dos hormonas: hormona folículo estimulante (FSH) y hormona luteinizante (LH) o también denominada hormona estimulante de las células intersticiales (ICSH). La FSH estimula a las células de Sertoli incrementado la espermatogénesis. Al parecer, estas células, bajo la acción de la FSH, sintetizan y liberan una proteína ligadora de andrógenos que transporta a la testosterona hasta los túbulos seminíferos, lugar donde estimula el desarrollo y diferenciación de las células de la línea germinal, principalmente en las etapas donde se observan la meiosis y la diferenciación de las espermátidas a espermatozoides.
Además, las células de Sertoli, estimuladas por la FSH, liberan a la sangre una hormona llamada inhibina, que actúa sobre la hipófisis anterior, inhibiendo la secreción de FSH. Esto ocurre cuando las células de Sertoli tienen demasiadas células en gametogénesis. La LH estimula a las células de Leydig (células intersticiales) para que liberen testosterona. La testosterona también estimula la producción de espermatozoides, como hemos visto, estimulando ciertas etapas de la espermatogénesis y la función normal de las células de Sertoli (acción paracrina de la testosterona). La testosterona promueve la diferenciación gonadal en el feto y la mantención de los caracteres sexuales primarios y secundarios, el desarrollo normal de la actividad sexual, la fecundidad y la potencia sexual, tanto en el adolescente como en el adulto. Además, tiene un efecto anabólico, ya que estimula la síntesis de proteínas, lo que se traduce en aumento de la masa muscular y estimula la hematopoyesis o producción de eritrocitos o glóbulos rojos.
Control hormonal de la formación de los gametos masculinos
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA FEMENINA
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La gametogénesis femenina empieza en los ovarios y termina en las Trompas de Falopio (oviductos) siempre y cuando se haya producido la fecundación.
Se hará énfasis en los parámetros bajo los cuales se circunscribe la reproducción sexual, la cual consiste en tres estados básicos: gametogénesis, apareamiento y fecundación. La diversidad genética se produce por la recombinación de genes durante la gametogénesis (crossing-over) y por la distribución independiente de los cromosomas (permutación). Luego del apareamiento gamético entre ovocitos y espermatozoides, la fecundación es el factor que contribuye en mayor medida a la diversidad genética.
Lo anterior implica que en el estudio de la ovogénesis se revisa primero las estructuras anatómicas del aparato reproductor femenino, el ciclo ovárico-uterino y menstrual, las hormonas que lo regulan, aspectos relevantes de la fecundación y la formación del cigoto. Más adelante otros aspecto vinculados a la anatomía y fisiología femenina en procesos como la lactancia, los aspectos anatómicos y funcionales de las glándulas mamarias en la producción y la eyección de leche y las hormonas que lo regulan, el embarazo y parto según sus etapas más relevantes, etc. Se analizarán los beneficios que conlleva la lactancia materna tanto al hijo como a la madre, como por ejemplo el impacto en el desarrollo del sistema inmune del recién nacido y el desarrollo cognitivo.
EL APARATO REPRODUCTOR FEMENINO El siguiente cuadro presenta los constituyentes del aparato reproductor femenino resumiendo las principales características. Aparato reproductor femenino Estructura
Función
Trompas de Falopio u oviductos
Conducto por el cual viaja el ovocito II y lugar donde ocurre la fecundación, y se forma el cigoto.
Ovario
Gónada femenina donde se producen las hormonas sexuales y los ovocitos II.
Útero
Órgano muscular donde se produce el desarrollo del embrión y del feto. La pared más interna corresponde al endometrio que está recubierto por una mucosa provista de irrigación.
Vagina
Órgano muscular que sirve de canal del parto, y órgano de cópula femenino. Vía de evacuación del flujo menstrual.
Vulva
Órganos genitales externos de la mujer que comprende: - Labios mayores: pliegues de piel que protegen a las estructuras más internas. - Labios menores: pliegues de piel menores, contienen glándulas sebáceas. - Clítoris: masa cilíndrica de tejido eréctil y nervioso. Es homólogo al pene.
Glándulas mamarias
También se consideran parte del aparato reproductor de la mujer. Son glándulas sudoríparas modificadas que producen leche.
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BIOLOGÍA COMÚN
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
OVOGÉNESIS La ovogénesis corresponde al proceso de formación de óvulos (ovocitos, en el caso de mamífero). La ovogénesis se inicia en los ovarios. Este proceso comienza antes del nacimiento, durante la etapa embrionaria. En este período se realizan los procesos o etapas de: • Proliferación (continuas mitosis de las células primordiales germinales o CPG), que da origen a células diploides (2n, 2c), denominadas ovogonios.
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Después de la pubertad y hasta que se suspende el proceso de ovogénesis (menopausia), aproximadamente cada 28 días, la FSH (hormona Folículo Estimulante) secretada por la adenohipófisis, estimula a varios folículos para que continúen su desarrollo, sin embargo, solo uno de ellos podrá terminar efectivamente su desarrollo, el resto de folículos degeneran transformándose en folículos atrésicos. El folículo que continúa se agranda, y el ovocito primario completa la meiosis I.
• Crecimiento (durante una prolongada interfase), que da origen a células diploides con el material genético duplicado (2n,4c), que reciben el nombre de ovocitos primarios.
La división del citoplasma, en esta primera división meiótica, es desigual, formándose una célula funcional, de mayor tamaño, denominada ovocito secundario, y otra célula pequeña no funcional, que recibe el nombre de primer corpúsculo polar o polocito I. Ambas células son haploides (n, 2c).
• Maduración (meiosis), que durante la primera división meiótica queda suspendida en estado de profase I.
El ovocito secundario comienza a experimentar la segunda división meiótica, que se detiene en metafase II.
Desarrollo de los folículos, ovulación y luteinización
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BIOLOGÍA COMÚN
En estas condiciones, el folículo maduro se rompe consecuencia del peak de LH y el ovocito II es expulsado del ovario, proceso denominado ovulación. Si es fecundado, el ingreso de un espermio estimula la finalización de la segunda división meiótica, dando origen al óvulo y a una célula pequeña, no funcional, denominada segundo corpúsculo polar o polocito II (n, c). La ovogénesis es el proceso que permite desarrollar un óvulo cada 28 días (después de la pubertad). Este desarrollo va acompañado de cambios que se producen tanto en el ovario como en el útero, los cuales son regulados por complejas interacciones hormonales. Estos cambios se repiten en ciclos de 28 días (aproximadamente) y se denominan: ciclo ovárico y ciclo menstrual (uterino). Los eventos de ambos ciclos están íntimamente relacionados. En efecto, se suele hablar mayoritariamente de él como el ciclo menstrual, pero debiésemos hacerle referencia como “ciclo ovárico-uterino”.
CICLO OVÁRICO Corresponde a los eventos repetitivos que ocurren en el ovario, regulados por gonadotrofinas hipofisiarias, FSH y LH, durante el cual ocurre crecimiento folicular, ovulación, luteinización y degeneración del cuerpo lúteo. Por convención, considerando un ciclo regular, su inicio corresponde al primer día de la menstruación (día 1) y se extiende hasta el día previo al siguiente período de menstruación (día 28).
El evento más importante de este ciclo es la “ovulación”, que se verifica aproximadamente en la mitad de este período por lo que se divide el ciclo en dos etapas: una etapa pre-ovulatoria, estrogénica, folicular o proliferativa. La cual se extiende entre el día 1 del ciclo ovárico (“comienzo de la menstruación”) hasta el día de la ovulación. Es una etapa variable, respecto a su duración. El hipotálamo secreta la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) que estimula a la hipófisis anterior a secretar FSH y LH. La FSH estimula el crecimiento de varios folículos y se secreta estrógenos, los que estimulan el desarrollo del endometrio. Solamente uno de ellos podrá alcanzar las condiciones de folículo preovulatorio. La otra etapa se denomina post-ovulatoria, progestacional, lútea o secretora. Se extiende desde la ovulación hasta el día previo a la próxima menstruación. Es una etapa más regular en su duración (promedio es de 14 días). Se desconoce el papel de la FSH después que el folículo madura, pero, el peak de LH estimula la finalización de la primera división meiótica y la acción de enzimas que rompen el folículo, permitiendo la ovulación. Además activa el desarrollo del cuerpo lúteo, a partir del folículo roto y lo estimula a que secrete estrógenos y progesterona. Esta última, aumenta el grosor del endometrio, impidiendo su desprendimiento y aumentando su secreción nutritiva necesaria para el embrión, en la eventualidad de que ocurra embarazo.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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BIOLOGÍA COMÚN
CICLO UTERINO O MENSTRUAL Los eventos del ciclo menstrual ocurren en relación con el ciclo ovárico. Se inicia con el primer día del sangrado o menstruación. La menstruación es ocasionada por un descenso de la concentración plasmática de progesterona. Tiene una duración entre 3 a 5 días y consiste en el desgarro y salida a través de la vagina de la capa vascularizada del útero o endometrio. La descarga menstrual está formada por sangre semicoagulada, pequeños grupos de células endometriales y moco. Después de la menstruación el endometrio vuelve a crecer, para luego de la ovulación, desarrollar un conjunto de glándulas secretoras de nutrientes, alcanzando su máximo grosor los días previos a la próxima menstruación. En el período preovulatorio aumenta la concentración plasmática de estrógenos paulatinamente a medida que se acerca la ovulación, y tienen efectos diferentes sobre la secreción de FSH y LH según la concentración que alcancen durante el período. En bajas concentraciones, los estrógenos inhiben la secreción de FSH y LH, por retroalimentación negativa, en la adenohipófisis y en el hipotálamo; éste último es el que secreta GnRH, la hormona responsable del aumento de los pulsos liberadores de FSH y LH, por lo que los niveles de FSH y LH se mantienen relativamente bajos durante casi toda la etapa preovulatoria.
Los niveles de estrógenos aumentan conforme se acerca la ovulación y cuando alcanzan un valor umbral, los estrógenos estimulan, por retroalimentación positiva del hipotálamo, el aumento de la secreción de LH y FSH, generándose los máximos de LH y FSH preovulatorios que gatillan la ovulación. Además, durante este mismo período se alcanzan niveles suficientes de estrógenos que estimulan la maduración folicular, lo que provoca la ovulación y la formación del cuerpo lúteo, estructura que produce gran cantidad de progesterona y una pequeña cantidad de estrógenos. Los estrógenos estimulan la proliferación del endometrio y la progesterona estimula la vascularización del endometrio, el aumento de glándulas secretoras y su engrosamiento, preparando al útero para el embarazo. El alza en los niveles de progesterona plasmática provoca por retroalimentación negativa, una disminución significativa de secreción de LH. Esto causa la degeneración del cuerpo lúteo, bajan los niveles de progesterona, lo que trae como consecuencia el desgarro del endometrio como flujo menstrual, indicando el primer día de un nuevo ciclo.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
CICLO OVÁRICO– UTERINO
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BIOLOGÍA COMÚN
Los ciclos ováricos y menstruales, se interrumpen cuando ocurre fecundación y embarazo. En la etapa temprana del embarazo, la placenta, principal anexo embrionario, secreta la hormona Gonadotropina Coriónica Humana (HGC), hacia la circulación materna. Esta hormona actúa igual que LH, es decir, mantiene al cuerpo lúteo secretando progesterona y estrógenos, por lo cual, se mantiene el endometrio y el embarazo continúa. Por esta misma razón se utiliza esta hormona en clínica para inducir ovulación en pacientes que serán sometidas a técnicas de fertilización asistida. La HCG es responsable de mantener las condiciones del endometrio gestacional hasta finales del 3er mes de embarazo. Posteriormente la placenta secreta los niveles adecuados de progesterona y estrógenos. “El test de embarazo” consiste en la detección precoz de la HCG en la orina de la mujer.
CONTESTE 1. A continuación se muestra un gráfico con distintos niveles de las hormonas ováricas como también hipofisiarias, durante un ciclo normal.¿A que hormonas corresponde respectivamente las letras A,B,C y D? Complete la tabla según corresponda.
Hormona
A
B
C
D
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FECUNDACIÓN Y DESARROLLO EMBRIONARIO En el momento de la ovulación, un ovocito II se libera desde el ovario rodeado de células foliculares. Estas células, llamadas ahora corona radiada, forman una barrera entre los espermios y el ovocito. Una segunda barrera, la zona pelúcida, se encuentra entre la corona radiada y el ovocito y comienza su viaje a través del oviducto, lugar donde se produce la fecundación. La fecundación consiste en la penetración a un ovocito secundario por un espermio y la unión subsiguiente de sus pronúcleos, resultando un cigoto o huevo. Dicho proceso ocurre normalmente 12 o 24 horas después de la ovulación, idealmente en la región del ámpula (primer tercio del oviducto). Los espermatozoides experimentan previamente, en el canal vaginal, una serie de cambios funcionales, denominados capacitación, que les permite ser fecundantes. Ahora son denominados espermios. Cada espermio libera enzimas de su acrosoma. Estas enzimas debilitan tanto la corona radiada como la zona pelúcida, permitiéndoles alcanzar al ovocito. Si no hay suficientes espermios, no se libera la cantidad suficiente de enzima, y ninguno de los espermios alcanzará el ovocito. Cuando el primer espermio haga contacto con la superficie del ovocito, las membranas plasmáticas de éste se fusionan quedando paulatinamente el material espermático, incluso gran parte del flagelo, incorporados al citoplasma del ovocito.
Cuando el espermio hace contacto, provoca dos cambios críticos: el primero es que las vesículas cerca de la superficie del ovocito liberan compuestos químicos en la zona pelúcida que la refuerzan y evitan que entren otros espermios. El segundo es que el ovocito reanuda y termina la meiosis II. La fecundación ocurre cuando los núcleos haploides del espermio y del óvulo se fusionan, formando un núcleo diploide. En ese momento ocurren grandes cambios que dan inicio al desarrollo del cigoto el cual después de unos cinco días de rápida división mitótica, formará un conglomerado de células denominado mórula, la que más adelante, formará una estructura hueca denominada blastocisto. El blastocisto es el que se implanta en el útero, una vez implantado una de sus membranas (corion) empieza a secretar la hormona gonodotrofina coriónica. La HGC es la que se estimulará al cuerpo lúteo para que continúe secretando progesterona y sostenga el embarazo, los primeros tres meses.
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PLACENTA Durante los primeros días después de la implantación, el embrión obtiene nutrientes directamente desde el endometrio. Durante la semana siguiente, la placenta empieza a desarrollarse a partir de estructuras derivadas del endometrio uterino y del corión fetal (estructura que envuelve al embrión), es decir, la placenta se estructura con componentes maternos y fetales. Para el final del primer trimestre, la placenta secreta cantidades significativas de estrógeno y progesterona, suficientes para sostener su propio desarrollo y crecimiento. Para este momento, el cuerpo lúteo degenera, de modo que ahora el futuro del embarazo y por ende del feto dependen de las hormonas placentarias. Desde el final de la tercera semana hasta el nacimiento, el feto recibe los nutrientes y elimina los desechos metabólicos a través de la placenta, así como también satisface las necesidades de respiración y excreción.
Este órgano también secreta un conjunto de hormonas esteroidales y proteicas, como también prostaglandinas. Dentro de las hormonas esteroidales, las principales son progesterona y estrógenos, responsables del mantenimiento de la gestación y de la prevención del aborto espontáneo y del parto prematuro. También ayudarían en esta función, las prostaglandinas, que como sabemos no son hormonas exclusivamente producidas por la placenta. La secreción de HGC va declinando hacia el final del primer trimestre del embarazo. También la placenta sirve como barrera protectora, ya que muchos agentes patógenos no la pueden atravesar, pero, otros si, como por ejemplo el VIH o el virus causante de la rubéola, él cual al atravesar la placenta daña gravemente el desarrollo embrionario (agente teratógeno).
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
El gráfico muestra los cambios que se producen en la concentración de la hormona gonadotrofina coriónica humana (HGC) de estrógenos y de progesterona durante la gestación. Observe como los altos niveles de HGC producidos por el tejido placentario durante las primeras fases del embarazo mantienen la secreción de estrógenos y progesterona y el mantenimiento del cuerpo lúteo. Ello impide la menstruación y estimula el permanente desarrollo de la mucosa uterina.
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INFERTILIDAD Y REPRODUCCIÓN ASISTIDA La infertilidad es la incapacidad de una pareja para conseguir el embarazo después de un año de relaciones sexuales regulares sin protección. Afecta entre el 10 y el 15 % de las parejas y, a diferencia de la esterilidad, la infertilidad es una condición temporal. La infertilidad puede producirse por enfermedades de transmisión sexual, por problemas congénitos, por obesidad u otras enfermedades, así como también por el retraso de la maternidad, pues la edad óptima en la que el organismo está mejor preparado para la reproducción fluctúa entre los 22 y 26 años. También pueden existir causas externas que provocan infertilidad, como el consumo de drogas, de alcohol, o que el hombre haya sufrido fiebres altas.
TÉCNICAS DE REPRODUCCIÓN ASISTIDA La reproducción asistida puede ser llevada a cabo empleando diferentes técnicas y procedimientos médicos. La más adecuada en cada caso dependerá de las circunstancias y problemas particulares de cada pareja. A continuación se presentan las principales técnicas de fertilización asistida.
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BIOLOGÍA COMÚN
Técnicas de Fertilización asistida
Procedimiento
Inseminación artificial o intrauterina (IIU)
El semen del varón (previamente tratado en el laboratorio para enriquecerlo) es inoculado directamente en el útero con una cánula. Previamente se estimula la ovulación de la mujer para incrementar las posibilidades de éxito.
Transferencia intrafalopiana de gametos (GIFT)
Los ovocitos y los espermatozoides son mezclados fuera del cuerpo e introducidos de inmediato en la trompa de Falopio, lugar en que se produce la fecundación.
Transferencia intrafalopiana de cigotos (ZIFT)
Se procede de la misma forma que en el GIFT pero en este caso la fecundación es en el laboratorio y los cigotos son inyectados posteriormente en la trompa de Falopio.
Fertilización in vitro (FIV)
Los ovocitos aspirados del ovario son fecundados por los espermatozoides en el laboratorio. El embrión o los embriones resultantes son colocados en el útero de la mujer previamente estimulado con hormonas
Inyección intracitoplasmática de espermatozoides en óvulos (ICSI)
Técnicamente es similar al FIV pero aplicado a alteraciones masculinas. Los espermatozoides elegidos son inyectados uno a uno en los ovocitos aspirados. Luego de ocurrida la fecundación, el embrión es transferido de la manera usual.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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PARTO Y REGULACION HORMONAL Durante toda la gestación el útero es un órgano en el cual las células musculares lisas están relativamente desconectadas funcionalmente unas de otras. Este órgano esta sellado en su base por el cuello uterino, que se mantiene firme e inflexible por fuertes fibras de colágeno.
Al principio, los niveles de estrógeno son relativamente bajos pero aumentan conforme progresa el embarazo. El trabajo de parto comienza cuando el balance de los efectos de la progesterona y el estrógeno se inclina hacia los del estrógeno, y empiezan a primar así los estímulos que promueven la contracción.
Estas características estructurales son mantenidas por acción de progesterona, hormona esteroidal que la placenta sintetiza y secreta a la sangre materna desde el comienzo del embarazo. Sin embargo, la placenta también produce y vierte a la sangre estrógeno, hormona que se opone a los efectos de la progesterona, promoviendo la contractilidad del músculo uterino.
A medida que los niveles de estrógeno suben, las células musculares del útero empiezan a establecer contactos íntimos entre ellas, formando pequeños túneles en las superficies de sus membranas plasmáticas, a través de los cuales sincronizan su actividad contráctil. La contracción, ahora coordinada de estas células musculares, conlleva a la contracción de todo el útero.
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BIOLOGÍA COMÚN
El estrógeno también capacita a las células musculares a que respondan a la oxitocina, una hormona que sintetiza el hipotálamo y que aumenta la fuerza de las contracciones uterinas mediante un sistema de retroalimentación positivo en que las contracciones del miometrio fuerzan el paso de la cabeza del feto por el cuello uterino. Este estímulo mecánico genera que se envíen impulsos a las células neurosecretoras del hipotálamo y hacen que éstas liberen oxitocina. Al intensificarse las contracciones, el cuerpo del feto estira más el cuello uterino y los impulsos resultantes hacen que se libere todavía más oxitocina. Al ocurrir el nacimiento, se rompe el ciclo de retroalimentación positiva con la disminución repentina de la distensión cervical. El comienzo del trabajo de parto recae sobre un” reloj natural”, que se establece tempranamente en la placenta y que controla la velocidad de avance del embarazo, esto funciona a través de la producción placentaria de la hormona liberadora de corticotrofina (CRH) cuya tasa de producción regula el momento del trabajo de parto. El feto, es capaz de responder al CRH y producir un sustrato que servirá para la síntesis y secreción de estrógeno. Mientras ocurren todos estos cambios, la CRH también hace que el feto produzca cortisol, hormona que asegura que sus pulmones sufrirán los cambios necesarios para la respiración. El cortisol hace que se extraiga agua de los pulmones y les permita inflarse.
Los estrógenos, también estimulan a la placenta a producir relaxina la que incrementa la flexibilidad de la sínfisis púbica y participa en la dilatación del cuello uterino y de prostaglandinas, las cuales inducen la producción de enzimas que degradan el colágeno del cuello uterino, convirtiendo a esta parte del útero en una estructura maleable que se dilatará progresivamente y que terminará abriéndose por efecto de la presión que ejerce la cabeza del infante durante el trabajo de parto.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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Una vez iniciadas las contracciones uterinas regulares se pueden distinguir tres fases del parto. La primera es la dilatación, luego está la expulsión del feto y por último el alumbramiento, que permite la salida de la placenta. La duración de estos períodos varía de una mujer a otra según la edad, número de partos previos, intensidad de las contracciones uterinas, existencia de la bolsa amniótica, tamaño fetal, etc. Después del parto, hay un período de seis semanas en el cual los órganos reproductores y la fisiología materna regresan al estado que tenían antes del embarazo. Dicho intervalo se denomina puerperio.
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BIOLOGÍA COMÚN
LACTANCIA Y REGULACION HORMONAL Durante el embarazo los niveles de progesterona y estrógenos producen un gran desarrollo de las glándulas mamarias. Posteriormente, adenohipófisis comienza a secretar prolactina, cuya función es estimular la producción de leche.
La oxitocina estimula la eyección de la leche junto con la retracción del útero a su posición natural.
Aunque los niveles de prolactina aumentan conforme avanza el embarazo no hay secreción de leche, porque progesterona inhibe los efectos de prolactina.
Aunque no es tan nutritivo como la leche, ya que contiene menos lactosa y está desprovisto de grasas, resulta adecuado hasta la aparición de la leche verdadera, hecho que ocurre hacia el cuarto día de vida postnatal.
Después del parto disminuye la concentración de estrógenos y progesterona y se interrumpe dicha inhibición. La succión del neonato es el estímulo principal para que continúe la secreción de prolactina durante la lactancia. Dicha succión estimula al hipotálamo, donde decrece la liberación de la hormona inhibidora de la prolactina (PIH) y aumenta la de la hormona liberadora de prolactina (PRH), de modo que la adenohipófisis libera más prolactina.
Hacia finales del embarazo y en los primeros días después del parto las glándulas mamarias secretan un líquido lechoso llamado calostro.
El calostro y la leche materna contienen anticuerpos que protegen al lactante durante los primeros meses de vida.
Succión del neonato, secreción hormonal y retracción uterina
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
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SECRECIÓN HORMONAL EN LA LACTANCIA
Es frecuente que la lactancia bloquee el ciclo ovárico durante los primeros meses que siguen al parto, en el supuesto de que la frecuencia de succión sea de 8 a 10 veces al día. Sin embargo, se trata de un efecto inconstante y la ovulación precede a la primera menstruación subsiguiente al parto, por lo tanto la lactancia no se considera como un método anticonceptivo. Son indudables los beneficios de la lactancia materna, entre los cuales se destacan: 1. Beneficio nutricional. Su mayor beneficio es el nutricional, debido a una innumerable lista de nutrientes traspasados directamente y listos para ser asimilados por el neonato, eso sí, siempre y cuando la madre esté bien alimentada. Los niños amamantados con leche materna no requieren ingesta de agua adicional, lo que se traduce en evitar el estreñimiento, asimismo, se evita la incorporación de sabores y texturas prematuramente y una menor incidencia de reflujo. 2. Recepción de anticuerpos. Traspaso temprano de anticuerpos que posee la madre y que son trasferidos gratuitamente al neonato, lo que constituye un tipo de inmunidad pasiva natural. 3. Más higiénica. Por el hecho de no contemplar la manipulación y uso de utensilios como mamaderas y chupetes, expuestos a agentes patógenos. 4. Relación afectiva. La alimentación al pecho es óptima para el crecimiento del lactante, mejora el desarrollo neurológico e intelectual. Intensifica sin duda la relación madre – hijo, que se fortalece notablemente.
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BIOLOGÍA COMÚN
ANTICONCEPCIÓN Y PLANIFICACIÓN FAMILIAR En la naturaleza observamos diversos comportamientos animales, la mayoría de estos comportamientos son repetidos en la especie humana: comer, asociarse en grupos e incluso organizar trabajos comunitarios, de tal forma que no es raro observar también ritos sexuales y reproductivos, la única diferencia es que en la naturaleza estos ritos se limitan a períodos en que las hembras son fértiles y receptivas a individuos machos de su especie.
Por lo tanto es importante considerar toda la inmensa gama de dispositivos anticonceptivos de que disponemos en la actualidad. No podemos dejar de mencionar que por la ausencia o muy poca información en la prevención de los embarazos no deseados en países muy pobres, se han desarrollados planes en los que se priva a los matrimonios de poder engendrar hijos, es el caso de China y otros países superpoblados.
A diferencia de las hembras de otras especies, la hembra humana puede estar receptiva a relacionarse sexualmente durante todo el tiempo, incluyendo los períodos fértiles obviamente. Así que esta diferencia entre relaciones sexuales y reproducción es la base del planteamiento afectivo y emocional y del establecimiento de parejas estables y fomentadas sobre el afecto.
Así entonces, se consideran tres objetivos básicos para los métodos anti-conceptivos.
Es por eso que la unión en parejas se trata de un continuo, que no se limita al periodo de ovulación de la hembra, sino que las relaciones sexuales son un aspecto preponderante entre las parejas, y no necesariamente se pretenderá procrear cada vez que se mantenga una relación sexual.
3. Indicación médica por patologías maternas que tengan riesgo vital.
1. Control de la Natalidad. 2. Derecho y deber de la pareja a una paternidad responsable.
CAPÍTULO IV: PROCESOS Y FUNCIONES VITALES
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS ANTICONCEPTIVOS
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MODO DE ACCIÓN
MÉTODO DE OGINO-NAUSS, O MÉTODO DEL RITMO, O MÉTODO DEL CALENDARIO
Utiliza el conocimiento de los ciclos menstruales para conocer los días fértiles de cada mes. Con esta información, se puede buscar qué días del mes es menos probable quedar embarazada y, así, tener sexo con penetración durante esos días, o saber cuándo es mayor esa fertilidad, y buscar un embarazo. Para calcular los días de mayor fertilidad es recomendable seguir un registro de los ciclos menstruales a lo largo de 6 meses como mínimo. La razón es que estos ciclos son muy susceptibles de variar debido a múltiples factores: estado de salud, clima, ritmo de vida, alimentación, etc. Con este registro, se obtiene un patrón más o menos general de cómo es el ciclo menstrual. Un ciclo regular suele ser de 28 días o 31, pero el rango de variabilidad puede ser hasta de entre 25 y 36 días. Así, el día de ovulación suele ser 14 días antes del comienzo de un ciclo, cuando se habla de ciclos regulares. Se considera una variabilidad de dos días hacia atrás y hacia delante, por lo que se cuentan como días de posible ovulación entre el 12 y el 16. Este método considera que el óvulo tiene 24 horas de vida, y los espermatozoides viven unas 72 horas, es decir, tres días, dentro del organismo femenino. Por tanto, a tener en cuenta que durante unos días previos y posteriores al de ovulación, es decir, al día en que se libera el óvulo al útero, también existe riesgo de embarazo.
MÉTODO DE BILLINGS, O DEL MOCO CERVICAL
Es la identificación del período fértil y del período infértil a través del moco cervical. El moco cervical es la secreción producida en el cuello del útero. Cambia de características por la acción de las hormonas estrógeno y progesterona a lo largo del ciclo menstrual. Este cambio permite a la mujer conocer cuál es el período fértil y el período infértil. Durante el período fértil esta secreción es parecida a la clara del huevo crudo. En general, después del término de la menstruación comienza un período seco que dura entre 2 y 3 días. Después aparece un moco inicialmente blancuzco, turbio y pegajoso que se va haciendo cada vez más claro, transparente y elástico (al estirarse entre los dedos parece un hilo). El último día del moco con este aspecto se llama el día del ápice del moco. Esto significa que la ovulación ya ocurrió, o está ocurriendo dentro de más o menos 24 horas. En el 4º día, después del día del ápice, comienza el período infértil que dura hasta la menstruación siguiente. La mujer debe observar la presencia y las características del moco cervical. Para esto debe poner los dedos, o papel higiénico en la entrada de la vagina, colocar el moco entre los dedos pulgar e índice, separando y estirando el moco entre ellos. Desde el día en que aparece el moco hasta el cuarto día después del ápice, la mujer no deberá tener relaciones sexuales vaginales, porque ese es su período fértil.
NATURALES
La temperatura basal es la temperatura cuando estás totalmente en reposo. La ovulación puede provocar un leve aumento de la temperatura basal. La mujer es más fértil durante los MÉTODO DE LA dos o tres días anteriores al aumento de su temperatura basal. Al realizar el seguimiento de TEMPERATURA BASAL tu temperatura basal todos los días se puede predecir el momento de ovulación, así como también, ayudar a determinar cuándo es más probable concebir. MÉTODO SINTOTÉRMICO
Combina el método billiings y método de temperatura corporal basal.
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BIOLOGÍA COMÚN
CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS ANTICONCEPTIVOS
BARRERA Y QUÍMICOS
MODO DE ACCIÓN
PRESERVATIVO MASCULINO (CONDÓN)
Es el único método anticonceptivo que, además de prevenir embarazos, protege contra las enfermedades de transmisión sexual. Consiste en una funda fina fabricada de látex (material elástico) que se utiliza durante las relaciones sexuales y se coloca en el pene cuando está erecto para evitar que el semen pase a la vagina y se produzcan embarazos no deseados, además de para prevenir infecciones de transmisión sexual. Por tanto, está indicado para sexo vaginal, anal y oral.
DIAFRAGMA
Es una copa flexible y poco profunda que se coloca dentro de la vagina. Cubre el cuello uterino durante las relaciones sexuales para evitar embarazos. Es una barrera que cubre el cuello uterino y evita que el esperma se una a un óvulo. Para que un diafragma funcione de la mejor manera, debe usarse con espermicida (una crema o un gel que destruye el esperma).
ESPUMAS, JALEAS Y CREMAS ESPERMICIDAS
Son sustancias químicas que se colocan en la vagina antes de iniciar cada relación sexual. Se encuentran en tres presentaciones: Óvulos (también llamados tabletas o supositorios vaginales) Cremas o jaleas Espumas Impiden el paso de los espermatozoides hacia la matriz, inactivándolos antes de que penetren al canal cervical. La duración de su efecto es de una hora.
Es un dispositivo de plástico de unos 3 cm y con forma de T. Actualmente existen dos tipos de DIU, según tengan, en el vástago de la T, cobre o una hormona femenina (el progestágeno levonorgestrel). En el extremo inferior lleva unos hilos de material plástico que asoman a la vagina unos 3 cm. Estos hilos sirven para facilitar la extracción y comprobar si el DIU está en su DISPOSITIVO sitio, cuando se haga una exploración ginecológica. INTRAUTERINO (DIU) Aunque no se conoce con exactitud, se sabe que la presencia del DIU en el interior del útero desarrolla un medio no favorable para la anidación de un óvulo fecundado; es decir, impide la implantación del óvulo en la matriz y así evita el embarazo. Debe ser colocado y extraído por el ginecólogo o un médico experimentado.
HORMONALES
QUIRÚRGICOS
PILDORAS ANTICONCEPTIVAS
Las hormonas de la píldora detiene la ovulación. Sin ovulación, no hay ovocito esperando a que el espermio lo fertilice, de modo que no puede producirse un embarazo. Además, las hormonas de la píldora espesan el moco cervical, lo que dificulta la llegada del espermio al ovocito.
INYECCIONES, DISPOSITIVOS INTRADÉRMICOS, INTRAUTERINOS, INTRAVAGINALES Y PARCHES HORMONALES
Las hormonas anticonceptivas se pueden tomar por vía oral, insertarse en la vagina, aplicarse en la piel, implantarse bajo la misma o inyectarse en el músculo. Estas hormonas son los estrógenos y los progestágenos (fármacos similares a la hormona progesterona). Los estrógenos y la progesterona contribuyen a preparar al cuerpo para una posible fecundación (ver Fase lútea). Los métodos hormonales previenen el embarazo principalmente deteniendo la liberación de ovocitos por parte de los ovarios o manteniendo una densidad tan espesa de la mucosidad en el cuello uterino que los espermatozoides no pueden atravesarlo y entrar en el útero. De este modo, los métodos hormonales evitan que el óvulo sea fecundado.
LIGADURA DE OVIDUCTOS O TROMPAS
La ligadura de trompas es una cirugía para cerrar las trompas de Falopio de una mujer. (Algunas veces se denomina “ligadura tubárica”). Las trompas de Falopio conectan los ovarios con el útero. Una mujer que se someta a esta cirugía ya no podrá quedar en embarazo. Esto significa que es “estéril”.
VASECTOMÍA
Es un procedimiento quirúrgico electivo que consiste en cortar los conductos deferentes que son los que llevan los espermatozoides desde el testículo hasta la próstata: la zona en la que se unen con el semen.
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IMPACTO DEL CONTROL DE LA NATALIDAD EN LA POBLACIÓN En la actualidad se puede reconocer una serie de tendencias relacionadas con la natalidad y la composición de la población por edades en la población mundial, dentro de las cuales destacan:
BAJA FECUNDIDAD
AUMENTO EN LA ESPERANZA DE VIDA En los últimos años, el promedio de edad que alcanza a vivir una persona ha aumentado, pasando de 58 años en el período 1970-1975, a 67 años entre los años 2005-2010.
La tasa de natalidad, es decir, el número de hijos nacidos vivos por cada mujer ha ido reduciéndose. En 1950, una familia chilena tenía en promedio cinco hijos. Sin embargo, el promedio de hijos que tiene la mujer en Chile ha sufrido cambios drásticos pasando de tres en 1980 a dos en 1997 y a uno en 2007.
Para el año 2025, un tercio de la población mundial tendrá más de 65 años, es decir, representa un fuerte incremento de la tercera edad, de casi 216 millones a cerca de 475 millones de ancianos en tan solo 25 años. En Chile, los resultados del Censo 2012 revelan un aumento de la esperanza de vida a 78 años.
Si esto se mantiene, muy prontamente la población chilena comenzará a reducirse y las consecuencias de esto son complejas. Por ejemplo, aumentaría la tasa o número de adultos mayores desocupados, disminuyendo la fuerza laboral y una desaceleración de la economía.
El siguiente gráfico muestra la sostenida reducción que ha experimentado la tasa global de fecundidad en Chile, entre los años 1960 al 2015, interpretada como el número promedio de hijos por mujer, desde la incorporación de los métodos anticonceptivos.
(Fuente INE. Anuario de estadísticas vitales 2017)
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INFECCIONES DE TRANSMISIÓN SEXUAL (I.T.S.) Las infecciones de transmisión sexual (I.T.S.), son aquellas que infectan los órganos sexuales o el aparato reproductor femenino y masculino. La promiscuidad y la falta de protección son las principales causas de contagio. A pesar de que en la última década algunos individuos han cambiado su conducta sexual siendo más responsables, la mayoría de la población mundial sigue sin tomar conciencia de la gravedad de esta epidemia, ya sea por ignorancia o por no tener acceso a los métodos de prevención.
GRÁFICO. EPIDEMIOLOGÍA DE LAS PRINCIPALES E.T.S
“La salud sexual es la integración de los elementos somáticos, emocionales, intelectuales y sociales del ser sexual, por medio que sean positivamente enriquecedores y que potencien la personalidad, la comunicación y el amor” (OMS, 1975).
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PUBERTAD: ETAPA DE CAMBIOS Pubertad, palabra derivada del latín “pubertas” significa edad de la virilidad. Es el período de la vida en el cual maduran y comienzan a funcionar los órganos de la reproducción, marcando el inicio de la capacidad reproductiva.
Los cambios asociados a la pubertad están relacionados con el desarrollo del eje Hipotalámico-HipofisiarioGonadal. Al comenzar la pubertad el hipotálamo empieza a aumentar gradualmente la secreción de la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), la que estimula a hipófisis para que secrete FSH (hormona Folículo Estimulante) y LH (hormona Luteinizante), las cuales desencadenan liberación de testosterona en el hombre y de estrógenos y progesterona en la mujer.
Los cambios que se producen durante la pubertad, no son solo corporales, como desarrollo muscular, crecimiento de glándulas mamarias, aparición de vello, etc. (caracteres sexuales secundarios), sino que también han ocurrido cambios de la conducta. Aparece el interés sexual con todo lo que esto conlleva. Se modifican los hábitos y el aspecto físico, además de los cambios emocionales e inquietud, es decir, cambios que abarcan desde el aspecto físico hasta nuestro sistema nervioso, todo esto como consecuencia de la actividad hormonal que ha comenzado en el hombre y en la mujer, que conducirán a un total desarrollo físico, sexual y genital.
La acción de las hormonas, tanto femeninas como masculinas, provocan una serie de cambios físicos e incluso emocionales, que en conjunto se conocen como caracteres sexuales secundarios.
RELACIÓN ENTRE PESO CORPORAL E INICIO DE LA PUBERTAD Existe una relación entre el peso corporal y el inicio de la pubertad, la que podría estar mediada por hormonas secretadas por el tejido adiposo, especialmente leptina. Esta es una hormona cuya acción se ejerce en el hipotálamo regulando el apetito, el gasto energético, las gonadotrofinas y hormonas tiroideas. Sus niveles sanguíneos son proporcionales a la masa de tejido graso y se ha planteado que esta podría ser la sustancia que informa al sistema nervioso central sobre la existencia de un peso corporal crítico para el inicio puberal. Tanto animales como humanos con mutaciones del gen de leptina o de su receptor, presentan retraso puberal secundario a un hipogonadismo hipogonadotropo. Estudios posteriores en seres humanos han demostrado que la leptina tiene un rol permisivo sobre el inicio puberal.
Concentración de hormonas sexuales durante la infancia y la pubertad Edad
Concentración sanguínea de Gonadotropinas sexuales (U.I.)
Concentración de hormonas (ng/100mL de sangre)
Hombre
Mujer
Hombre (testosterona)
Mujer (estrógenos)
7 años (prepuberal)
9,1
8,4
6,9
10
15 años (postpuberal)
16,7
13,2 a 52
260 a 1.400
65 a 710
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En el siguiente cuadro comparativo se describen los principales cambios que se presentan durante la pubertad tanto en varones como en mujeres. Varones
Comienza entre los 9 y los 14 años con el aumento del volumen testicular. El escroto se adelgaza y comienza a pigmentarse. Aumenta el tamaño y grosor del pene, y aparece el vello púbico (Pubarquia) y axilar; así como también el olor axilar. Posteriormente sale el vello facial y corporal, y más adelante se engrosan las cuerdas vocales, lo que hace que cambie la voz, debido al crecimiento de la laringe, la cual está formada por un esqueleto cartilaginoso que forma un bulto llamado prominencia laríngea o nuez de Adán, cuya presencia es característica en los varones. Principales cambios
Alteraciones
La Espermarquia, (producción y liberación de espermatozoides), no ocurrirá sino hasta los 13 años como promedio. También cambia la composición corporal, que durante la infancia es bastante parecida entre niños y niñas, se presenta un crecimiento rápido, el «estirón» sorprende porque en muy poco tiempo la estatura aumenta unos veinte a veinte y cinco centímetros. A medida que crecen las extremidades, aumenta también la masa muscular y los hombros se ensanchan. Más allá de los cambios físicos, es esperable que también experimenten ciertas variaciones en el área social. La irritabilidad y la rebeldía son cambios conductuales propios de la transición entre niño y adulto.
La Ginecomastia corresponde al desarrollo anormal del tejido mamario. Sus causas son múltiples: tumores (de testículos o pulmón), enfermedades hepáticas crónicas, alteraciones genéticas y medicamentos (algunos antidepresivos o antineoplásicos), exposición a estrógenos, andrógenos (usados secretamente para desarrollar músculos), o simplemente por desbalances hormonales.
Mujeres
Comienza entre los 8 y los 13 años, con la Telarquia o desarrollo del botón mamario. El crecimiento de los ovarios o del útero solo se puede comprobar utilizando la ecografía. Más fáciles de apreciar son los cambios en la vulva (labios mayores, labios menores y el clítoris) que aumentan de tamaño. Luego se presenta la Pubarquia o aparición de vello pubiano. La primera regla o Menarquia suele ocurrir unos tres años después, del inicio del desarrollo mamario. En esta etapa las niñas también experimentan un acelerado crecimiento. Además de crecer, la joven experimenta un aumento y redistribución de su grasa corporal, especialmente después del “estirón”, la que se concentra en los glúteos, muslos y caderas, dándole las características formas femeninas. El peak de máxima velocidad de crecimiento es ligeramente más bajo que en los varones y suele coincidir con la primera menstruación. A partir de aquí la velocidad de crecimiento disminuye, pero todavía continuarán creciendo durante uno o dos años más. Igual que en los varones, en las mujeres el estirón afecta primero a las extremidades, y después al tronco. También se presentan cambios en el aspecto afectivo, en la conducta, en los intereses e inquietudes.
La Anovulación es la principal causa de trastornos menstruales (ausencia de la formación o liberación de un ovocito). Amenorrea: ausencia de menstruación. Metrorragia: sangrado uterino excesivo y extemporáneo. Dismenorrea: menstruación muy dolorosa.
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ENVEJECIMIENTO En las mujeres entre los 40 y 60 años, los ciclos sexuales se vuelven irregulares y en ocasiones no se produce ovulación en algunos de ellos. Luego de algunos meses o años, los ciclos menstruales cesan. A este período de la vida se le denomina menopausia. La causa radica en que la cantidad de folículos ováricos se agota. Como resultado, los ovarios son menos sensibles a la estimulación hormonal y la producción de estrógenos disminuye, a pesar de la secreción de FSH y LH por parte de la adenohipófisis. Muchas mujeres experimentan sofocos y abundante sudoración, que coinciden con los pulsos de liberación de GnRH. Otros síntomas de menopausia son dolores de cabeza, pérdida de cabello, dolores musculares, sequedad vaginal, insomnio, depresión, aumento de peso y cambios del estado de ánimo. Los ovarios, oviductos, útero, vagina y genitales externos sufren algo de atrofia en las mujeres posmenopáusicas. Debido a la pérdida de los estrógenos, la mayoría de las mujeres experimentan disminución en la densidad mineral ósea luego de la menopausia. El deseo sexual (líbido) no muestra una disminución paralela. Su conservación podría deberse a los esteroides sexuales suprarrenales. El riesgo de cáncer uterino alcanza su máximo a los 65 anos de edad, sin embargo, el cáncer de cuello uterino es más frecuente en mujeres más jóvenes.
En los hombres, la disminución de las funciones reproductoras es mucho más sutil que en las mujeres. Los hombres saludables suelen conservar cierta capacidad reproductiva hasta los ochenta o noventa anos. Hacia los 55 años, la disminución de la síntesis de testosterona conduce a la reducción de la fuerza muscular, la cantidad de espermatozoides viables y el deseo sexual. A pesar de que la producción de espermatozoides disminuye pueden encontrarse abundantes cantidades de espermatozoides en personas de mayor edad, como también presentar crecimiento de la próstata, alteración benigna llamada hiperplasia prostática, que disminuye el tamaño de la uretra prostática y se caracteriza por poliuria, nicturia (al individuo lo despierta la necesidad de orinar), dificultad para iniciar la micción, disminución de la fuerza del chorro urinario, urgencia miccional, goteo luego de la evacuación y sensación de vaciamiento incompleto.
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AUTOEVALUACIÓN DE CONCEPTOS CLAVE
DEBO REPASAR
Terminada la revisión y estudio de la unidad, marca en Sí o en No si has comprendido y puedes explicar: Concepto Reproducción asexual Reproducción sexual Sistema reproductor masculino Sistema reproductor femenino Ciclo ovárico Ciclo uterino Control ovárico Fecundación Desarrollo embrionario Placenta Parto Lactancia Sexualidad humana Control de la natalidad Pubertad
Sí
No
Indica aquí los contenidos y materias de la unidad que necesitas reforzar: