Los organismos vivos tienen las mismas células. Tanto la célula de forma aislada como el organismo en su conjunto realizan las tres mismas funciones que caracterizan a los seres vivos: nutrición, relación y reproducción.
NUTRICIÓN
Hay dos tipos:
* Autotrofa: Organismos que fabrican su propio alimento. Estos cogen materia inorgánica con luz y lo transforman en materia orgánica.
CO2 + H2O + Sales + Luz -----> Monómeros + O2
Con los monómeros fabrican su materia y obtienen energía.
La mayoría de los autrotofos son fotosinteticos. Estos son los vegetales verdes, algas cianoficeas y algunas bacterias.
* Heterótrofra: No "sabemos" fabricar monómeros. Debemos alimentarnos de la materia orgánica formada por otros.
Comemos polímeros --- DIGESTIÓN ---> monomeros
" proteínas --- DIGESTIÓN ---> aminoácidos
" almidón --- DIGESTIÓN ---> glucosa
VEGETALES: CO2 + H2O + Sales + Luz |_
|_ DIGESTIÓN
|_ > MONÓMEROS: - Materia propia
_|
_| DIGESTIÓN - Energía para funcionar
ANIMALES: Polímeros _|
METABOLISMO
Conjunto de reacciones químicas que ocurren en una célula (organismo).
La nutrición es una parte fundamental, pero es algo más (relación, reproducción...)
El metabolismo es una de las características más definitorias de los seres vivos. Cualquier ser vivo es el resultado de sus reacciones químicas.
SUSTRATO PRODUCTO
Reacciones químicas -----> A + B ---> C
En el metabolismo, todas las reacciones químicas son reversibles. Las reacciones químicas en el metabolismo forman secuencias lineales. Están no son aisladas. El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente; están acopladas. Por eso mismo tienen mas eficacia. Estas secuencias se ramifican (encrucijada metabólica). Estas suelen estar en el hialoplasma. Actúan como puntos de control. Un ser vivo es una maquina que funciona con reacciones químicas (metabolismo). Pero estas reacciones químicas se producen muy rápido. Para acelerar estas procesos se le añaden energía, como aumentar la temperatura, pero en los seres vivos es inútil. En los seres vivos la materia inorgánica es termolabil, esto significa que la materia orgánica se altera con la temperatura. Se desnaturalizan las proteínas, que pierden su forma y así su función.
La mayoría de las funciones biológicas la producen las proteínas. Así que para acelerar las reacciones se utilizan catalizadores. Estos catalizadores biológicos son las enzimas. Estas enzimas son proteínas y como todas las proteínas son especificas, 1 enzima / 1reacción.
Cuando un enzima cede o quita grupos químicos, le hace falta aceptadores temporales de estos grupos químicos llamados coenzimas.
Muchas reacciones metabólicas que son reacciones redox, son reacciones de oxidación / reducción.
Oxidado -> + O2, - H, - e-, - energía.
Reducido -> - O2, + H, + e-, + energía.
AH ---- OXIDACIÓN ---> A
B ----REDUCCIÓN ---> BH
Generalmente en la oxidación se rompen enlaces (desprenden energía) y en la reducción se forman enlaces (necesitan energía).
ANABOLISMO Y CATABOLISMO
Todas las reacciones del metabólismo son anabólicas o catabólicas.
Las reacciones anabólicas enlazan pequeñas moléculas con energía para formar grandes moléculas. Se cojen monómeros para fabricar polímeros, esta es la forma por la que fabricamos nuestra materia. Son reacciones de reducción.
Las reacciones catabólicas consisten en reducir grandes moléculas en pequeñas liberando energía de los enlaces rotos. Son reacciones de oxidación.
De hay obtienen los seres vivos la energía para todo.
La mayoría de las reacciones metabólicas llevan aparejados intercambios de energía.
La única energía utilizable por los seres vivos es la energía química o energía de enlaces. En el metabolismo se intercambian enlaces de alta energía con el ácido ortofosfórico.
El ADP y el ATP aceptan temporalmente el enlace de alta energía, por un coenzima transportador de energía.
Si se necesita energía, se utiliza un ATP y si la energía se desprende va al ADP. La energía siempre se intercambia en forma de enlace (de alta energía con Pi) química.
ADP y ATP son nucleotidos no nucleicos coenzimas transportadores de energía (ATP, UTP, GTP).
También hay muchas reacciones redox (oxido-reducción).
Siempre están acopladas e intercambian electrones de Hidrógeno, que es otra forma de energía química. Son electrones de alta energía. Estos tienen alto potencial redox (alta capacidad de reducir cualquier electrón). Es otra forma de energía química. No hay electrones libres ya que reducirían indeseablemente a la materia orgánica. Los enzimas no los pueden aceptar permanentemente los electrones de Hidrógeno.
En general las reacciones anabólicas son de reducción y las catabolicas de oxidación.
De todas las reacciones anabólicas y catabolicas que existen, las mas características que existen por su importancia biológica son:
* PROCESOS CATABÓLICOS
Son procesos de oxidación y consisten en liberar la energía de los enlaces al romper grandes moléculas en tras mas pequeñas.
De todos los procesos catabólicos, los mas importantes son aquellos que se utilizan para producir energía. Estos procesos consisten en la oxidación de los monomeros (monosacaridos, disacaridos, ácidos grasos..)
Esto es la respiración celular.
* CATABOLISMO ANAEROBIO (Fermentaciones)
Todas las fermentaciones ocurren en el hialoplasma celular que es la oxidación parcial de los monomeros sin O2. Esto es una oxidación parcial porque el ácido pirúvico es aún una molécula orgánica y mas grande.
Es muy despilfarradora, solo aprovecha el 20% de la energía de la glucosa. No utiliza O2 y fue la 1ª forma inventada por el primer ser vivo de obtener energía en la atmósfera primitiva sin O2.
Estos organismos que solo obtienen así la energía son anaerobios estrictos (O2 toxico para ellos). Así eran todas las bacterias al principio de la vida. Aún quedan algunas bacterias que siguen siendo anaerobias estrictas (lodo fondo del mar). El resto de los seres somos anaerobios facultativos. Obtenemos la energía por fermentación cuando no hay O2 (agujetas) y cuando hay O2 lo utilizamos para la oxidación aerobia.
Esta fermentación es la glucolisis -> ácido pirúvico + 2ATP + 2NAHD.
- Ácido láctico (fermentación láctica del yogurt)
- Alcohol etílico (fermentación alcohólica -> vino, cerveza...)
Hay muchas fermentaciones pero todas se distinguen por su producto final. Esto hace muy útiles a las bacterias para fabricar sustancias. La biotecnología utiliza bacterias para fabricar sustancias (solo necesitan glúcidos no comestibles).
La bioenergética se usa para producir alcohol, metano...
Cuando se fermentan las proteínas se producen sustancias malolientes (putrefacción).
* CATABOLISMO AEROBIO: RESPIRACIÓN CELULAR
La respiración celular la presentamos todos los organismos pluricelulares y la mayoría de los unicelulares actuales.
Somos organismos aerobios, necesitamos oxigeno para vivir. La respiración celular es la oxidación completa de los monomeros con oxigeno. El catabolismo aerobio ocurre en las mitocondrias y es continuación del catabolismo anaerobio que ocurre en el hialoplasma.
Glucosa -> ácido pirúvico + 2ATP
La glucolisis es la vía metabólica común a todos los seres vivos.
C6H12O6 + CO2 ------> 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Se produce la oxidación total. En este proceso se produce 18 veces más energía que en la glucolisis.
* PROCESOS ANABÓLICOS O ANABOLISMO
Son de reducción, necesitan energía para unir pequeñas moléculas en grandes moléculas. Algunos de los procesos anabólicos son comunes a todos los seres vivos. Como los que unen monomeros para fabricar nuestros polimeros, así obtendremos nuestra materia.
Además los organismos autotrofos obtienen los monomeros por si mismos a partir de la materia inorgánica, gracias a la energía de la luz (fotosintesis).
Para conseguir una a través de otra se necesita enlazarlas con energía.
La fotosintesis es exclusivamente vegetal y la digestión es exclusiva de los animales, que es lo único que nos distingue; el resto es común.
La fotosintesis ocurre en los cloroplastos (eucariotas) y en las bacterias que no tienen organulos ocurre en los pliegues de la membrana plasmática (mesosomas). La fotosintesis consiste en sintetizar los monomeros con luz.
El primer autótrofo mas ancestral eran bacterias quimiosinteticas (sintetizan monomeros mediante reacciones químicas). Para realizar las reacciones químicas, toman materia inorgánica reducida (sulfuro de hidrógeno (SH2)). Cuando se produce, el resultado es Azufre (S). Estas materias inorgánicas reducidas abundan con las erupciones volcánicas submarinas sobre las que se montan ecosistemas sin luz, por ello su importancia en el ciclo de la materia en los ecosistemas.
Las bacterias quimiosinteticas ponen a disposición del resto de los seres vivos unos átomos necesarios para la vida pero inalcanzables para ellos.
Estos cierran el ciclo de la materia.
La aparición del primer autotrofo aseguró la existencia de vida en el planeta.
* FUNCIONES DE RELACIÓN
Es la capacidad que presentamos los seres vivos de captar estímulos (variaciones fisicoquimicas del medio interno-externo) y de responder ante ellos para adecuarnos a un medio cambiante. Estos estímulos son recogidos por los receptores (órganos de los sentidos). Estos receptores continuamente envían la información sobre los estímulos al SNC (sistema nervioso central). Este procesa en cada momento los estímulos que recibe y elabora una respuesta, ejecutada por los órganos efectores.
Músculos -------> responden con movimientos.
Glándulas ------> secreción (fabrican sustancias que expulsan fuera).
* FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN
Es la capacidad que tenemos los seres vivos de producir descendencia semejante a nosotros mismos.
Las funciones de nutrición y relación la usamos para la supervivencia del individuo, pero las funciones de reproducción las usamos para la perpetuación de la especie.
El 60% de la energía consumida se utiliza para la reproducción.
Esto lo produce un gen egoísta. El mismo mecanismo que utilizamos para reproducirnos, también sirve para sustituir células viejas o muertas.
Cuando este mecanismo se usa en organismos completos se habla de reproducción y cuando se aplica a sus células se habla de división celular.
La división celular ocurre a partir de una célula madre que da lugar a 2 células hijas o a 4(dependiendo del tipo de división). En ambos procesos cuando se dividen las células madres desaparecen.
CICLO CELULAR
Son las fases por las que pasa la vida de una célula. Ocurre desde que finaliza una división de una célula, hasta que finaliza la siguiente división. La vida de una célula (95,5%) está en interfase (vida normal, realizando sus funciones). Y el 0,5% restante es la división. La división consta de una división del nucleo (por mitosis o meiosis) y al mismo tiempo también se divide el citoplasma (citoconesis).
1. Duplicación del nucleo
El ADN contiene la información genética (instrucciones para la construcción del organismo) y en la división hay que asegurar que las células hijas reciban está información genética completa.
Esto es lo que consigue con la duplicación del ADN.
Una molécula de ADN = 2 cádenas de nucleotidos en hélice
Estas 2 cadenas son complementarias. ESto es debido a que se forman un número máximo de enlaces entre las cadenas que las mantiene unidas.
Al final de la interfase estás cadenas se separan y sirven de molde para formar 2 nuevas cadenas complementarias.
A partir de 2 cadenas complementarias, se obtienen 4 cadenas complementarias; 2 a 2.
Esto es una propiedad exclusiva del ADN(AUTODUPLICACIÓN).
Esto es la hipotesis semiconservativa.
Había otras dos hipótesis la conservativa y la dispersiva. La válida es la semiconservativa.
Cada célula hija recibe una copia completa de la información genética de la celula madre.
2. Nucle interfasico y en división
En un nucleo interfasico el ADN se encuentra áctivo, esto quiere decir que se está transcribiendo (sintetizando ARN) y traduciendo (sintetizando proteína). Para esto el ADN debe estar extendido. En el nucleo interfásico no se observa el ADN; se ve una enmarañado y difuso (ADN extendido) indiscutiblemente. A esto se le llama cromatina; que es la forma del ADN en interfase. Esto son 46 dobles cadenas de ADN.
Al final de la interfas ocurre la duplicación. El ADN duplicado empaqueta, enrolla y compacta hasta que se condensa.
En este momento se hace visible y aparecen los cromosomas, aqui empieza la división. Las únicas cadenas de ADN extendido en cromatina aparece ahora formando cromosomas de dos cromatidas hermanas, identicas duplicadas. Las dos cromatidas están unidas por un centrómero. Las cadenas se reparten equitativamente gracias a los cromosomas. En los cromosomas el ADN está empaquetado, para repatir entre las células hijas. En este momento el ADN está inactivo (no transcribe ni traduce).
El número de cromosomas que tiene una especie es característico y constante (humanos = 46 crmosomas).
En cuanto al cromosoma hay dos tipos de organismos:
- una copia de cada cromosoma. Son los más primitivos. Son los haploides (n).
- dos copias de cada cromosomas (la mayoría). Son los diploides (2n). Tenemos una copia de seguridad; estos son los cromosomas homologos, hablan de los mismo pro no dicen necesariamente lo mismo (mismos genes, pero diferentes)
DIVISIÓN CELULAR POR MITOSIS
En este tipo de división a partir de una célula madre se obtienen dos células hijas, que son idénticas entre ellas y a su célula madre. Arbitrariamente se produce la división del nucleo (mitosis) y la división de citplasma (citocinesis).
Normallmente se duplican las cadenas de ADN y se forman cromosomas de dos cromatidas identicas (duplicadas) que se reparten equitativamente entre las células hijas.
La división del nucleo tiene varias fases:
- Profase: El ADN se condensa originando los cromosomas. En el citoplasma se organiza el huso acromático (tiene forma de huso). Al final de la profase, la membrana nuclear desaparece y los cromosomas quedan libres en el citoplasma.
- Metafase: Cada cromosoma se une a una fibra del huso acromático por su centrómero. La unión se produce en la zona media del huso acromático. Se forma la placa ecuatorial (placa matefásica). Cada cromatida de cada homólogo mira hacia un polo del huso.
- Anafase: Las fibras del huso acromático se rompen y cada cromosoma queda en dos mitades o cromatidas (quedan libres). Las fibras rotas se contraen y las cromatidas hermanas emigran hacia los polos celulares.
- Telofase: Cuando terminan de emigrar las cromatidas, se forma alrededor de ellas una membrana nuclear. Se obtienen dos nucleos hijos idénticos, cada uno de los cuales contiene una copia de la información genética de la célula madre. El ADN pasa a una forma menos condensada (cromatina), y desaparecen los cromosomas.
Al mismo tiempo ocurre la citocinesis, que es el crecimiento del huso cromatico. El crecimiento de esta empuja los organulos hacia la periferia de la célula homogeneamente por toda la célula. Entonces aparece un estrangulamiento en la zona ecuatorial de la célula (surco de división) que dividira el contenido del citoplasma, equitativamente entre las células hijas. Esto solo ocurre en la célula animal.
En las células vegetales, la división celular es igual que en los animales, pero en la citocinesis cambia al ser por tabicación (no puede ser por estrangulamiento porque tienen pared celular rígida). No tienen centrosoma pero si hay uso cromatico que se forma desde los polos de la célula.
Al final de la telofase, a partir del aparato de Golgi; se forman unas vesiculas que contienen los componentes de la nueva pared celular que aparenta como un tabique de separación.
Este tipo de división celular por mitosis para los organismos unicelulares es reproducción asexual. Los organismos pluricelulares con reproduccíón asexual también es por este tipo de división a partir de una o un grupo de células que se dividen por mitosis y luego se especializan en las distintas funciones.
Basada en la división celular por mitosis produce descendencia genética. Esto proviene de organismos primitivos y es muy frecuente en las plantas; ya que permite reprducir rápida y facilmente (primogenitor) mucha descendencia para aprovechar con eficacia un recurso. Este tipo de reproducción tiene una limitación; y es que la descendencia es clónica; son todas iguales. No cambian y no son capaces de adaptarse al medio, no evolucionan (las bacterias son practicamente idénticas a como eran hace 4.000 millones de años). Todos los organismos pluricelulares utilizamos está division para crecer y sustituir células muertas. Este es el tipo de división mas frecuente.
DIVISIÓN CELULAR POR MEIOSIS
Es exclusiva en ls organismos con reproducción sexual (dos progenitores que aportan un gameto). Cuando se juntan ambos gametos se produce la fecundación y se forma un cigoto; que se divide por mitosis hasta dar lugar al ser vivo. La mayoría de los seres vivos tenemos reproducción sexual. Dado que somos diploides los gametos deben ser haploides para que tras la fecundación se recupere el número característico de la especie. Esta es la división por meiosis; que solo se da en las gonadas (ovarios y testiculos) donde se forman los gametos. Basicamente consiste en una duplicación y dos divisiones.
DIFERENCIAS ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS
Meiosis(división reduccional), reduce en los gametos a la mitad de cromosomas de la especie.
Además genera VARIABILIDAD GENÉTICA, que origina descendencia distinta, capaz de cambiar, adaptarse y evolucionar. Está es la gran ventaja de la reproducción sexual.
MEIOSIS
Antes de comenzar la meiosis, la célula se encuentra en interfase, donde se produce la duplicación del ADN. Despues siguen varias fases:
- Profase I: Aparecen los cromosomas hmlogos emparejados. Estos forman una estrucutura tetrada divalente. Los cromosomas homologos tienen mas variedad genética debido al intercambio en las quiasmas. Al final de está fase la membrana desaparece y los bivalentes se hallan libres en el citoplasma.
- Metafase I: Cada cromosoma se situa en el centro del huso acromático, unidos a las fibras de estos por sus centromeros.
- Anafase I: Los cromosomas completos emigran a los polos.Esto produce muchas cmbinacines posibles de los cromosomas. Se reduce a la mitad el número de cromosomas. Esto es la división reduccional.
La emigración de los cromosomas es otra causa de la variabilidad genética.
ANAFASE II
Es igual a la anafase mitótica. Se produce una emigración al azar de las cromatidas materna, paterna y recombinante. Esto produce muchas combinaciones de las cromatidas en los gametos. Es imposible que haiga dos gametos iguales. Para producir variabilidad genética entre los descendientes debe haber slección natural que elige de todo lo que hay al mejor adaptado.
CICLOS BIOLÓGICOS
Son las fases de la vida de un organismo y dependen del lugar donde ocurra la meiosis y del tipo de célula que predomine ( n / 2n ).
* CICLO DIPLONTE: Es el que tenemos los animales, algunas algas y hongos.
* CICLO HAPLONTE: Es el que presentan algunas algas y la mayoría de los hongos.
* CICLO DIPLOHAPLONTE: Se presenta en todas las plantas. Es la cmbinación de los dos cilcos anteriores. Los esporofitos (diploides) originan células haploides (no gametos) que reciben el nombre de meiosporas. Esto ocurre por mitosis y produce un gametofito (haploide). A partir de aqui se forman gametos, que se unen y forman un gameto; que es un nuevo esporofito. Hay alternancia de generaciones.
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