La espermatogénesis

Es un proceso que se lleva a cabo en los testículos (gónadas), que son las glándulas sexuales masculinas. En su interior se encuentran los túbulos seminíferos, pequeños conductos enrollados de 30-60 cm de longitud y 0,2 mm de diámetro cada uno. Los dos testículos contienen alrededor de un millar de túbulos seminíferos. En el epitelio de los túbulos asientan las células germinativas o espermatogonias y las células de Sertoli. El corte transversal del túbulo seminífero permite distinguir las diferentes etapas de la espermatogénesis, por ejemplo, espermatogonias en la capa basal, espermatocitos en división meiótica o liberación de espermatozoides hacia el lumen del túbulo.


                             

 la espermatogénesis tiene una duración de 70-75 días, lapso de tiempo necesario para la diferenciación de espermatogonias en espermatozoides. Se inicia en la madurez sexual y se mantiene casi hasta el final de la vida. A partir una célula germinal diploide se generan cuatro células sexuales haploides producto de divisiones por mitosis y meiosis. Por lo tanto, la espermatogénesis consta de tres etapas: reproducción, crecimiento y maduración.

 Dentro de los túbulos seminíferos, rodeando a las células germinales, se encuentran las células de Sertoli. Cuando se llega a la pubertad, dichas células dejan de reproducirse ni bien comienza la espermatogénesis y dan lugar a la llamada barrera hematotesticular. Esta barrera está compuesta por células de Sertoli que se adhieren firmemente interponiéndose entre los capilares sanguíneos y el epitelio de los túbulos seminíferos, impidiendo así la acción inmunológica de los linfocitos. Cabe señalar que el proceso meiótico que se establece en la espermatogénesis genera proteínas que, de incursionar en el torrente sanguíneo, daría lugar a la formación de anticuerpos que atentaría contra la fertilidad de la especie. Por lo tanto, la barrera hematotesticular cumple con la importante misión de evitar la reacción de los linfocitos y de estimular la evolución y migración de los espermatocitos hacia la luz tubular. Otra función importante de las células de Sertoli es la nutrición de las células espermatogénicas, habida cuenta de que las espermatogonias no tienen acceso a los nutrientes que provee la sangre debido a la barrera antes mencionada. Además, las células de Sertoli producen fructosa, eliminan restos citoplasmáticos de las espermátidas y mantienen un medio adecuado para la transformación de las células germinales. 

BOMBA NA-K

  Transporte activo

   El transporte activo requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana, pero el transporte activo es el único que puede transportar moléculas contra un gradiente de concentración, al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes.

    El transporte activo, en cambio, requiere por parte de la célula un gasto de energía que usualmente se da en la forma de consumo de ATP. Ejemplos del mismo son el transporte de moléculas de gran tamaño (no solubles en lípidos) y la bomba sodio-potasio.

    La bomba sodio-potasio usa energía (generalmente obtenida de la hidrólisis de ATP), a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína. 

Observe en la siguiente animación como funciona la bomba sodio-potasio.

                         

       

  

En el modelo de la bomba sodio-potasio:

1. Tres iones Na⁺ provenientes del citoplasma se insertan con precisión en la proteína de transporte.
2. Luego, una reacción química que involucra al ATP une un grupo fosfato (P) a la proteína, liberándose ADP (difosfato de adenosina). 
3. Este proceso da como resultado un cambio en la conformación de la proteína que hace que el Na⁺sea liberado afuera de la célula.
4. Dos iones K⁺ en el espacio extracelular se insertan en la proteína de transporte, que en esta conformación ofrece una mejor acopladura para el K⁺ que para el Na⁺.
5. El grupo fosfato luego se libera de la proteína, induciendo la conversión a la otra forma, y el K⁺ es liberado en el citoplasma. Ahora, la proteína está lista una vez más para transportar Na⁺ hacia fuera de la célula.

  La bomba de sodio-potasio (enlace a video) está presente en todas las células animales. La mayoría de las células mantienen un gradiente de concentración de iones sodio (Na⁺) y potasio (K⁺) a través de la membrana celular: el Na⁺ se mantiene a una concentración más baja dentro de la célula y el K⁺ se mantiene a una concentración más alta. 

REPRODUCCIÓN ASEXUAL

Algunos organismos se pueden reproducir de forma asexual, es decir no intervienen las células sexuales. En este caso, una célula hija del progenitor se separa y forma un individuo completo. En este tipo de reproducción un solo progenitor interviene y para lo cual no existen células u órganos reproductores especiales. (Gama, 1997)

La reproducción asexual resulta del proceso de división celular o mitosis. De esta división se separan células nuevas de un solo progenitor. Existen varios tipos de reproducción asexual mediante las cuales las características hereditarias de los descendientes son idénticas a las del progenitor, es común en los microorganismos, plantas y animales de organización simple. (Idem)

Los organismos celulares más simples se reproducen por un proceso conocido como fisión o escisión, en el que la célula madre se fragmenta en dos o más células hijas, perdiendo su identidad original. La división celular que da lugar a la proliferación de las células que constituyen los tejidos, órganos y sistemas de los organismos pluricelulares no se considera una reproducción, aunque es casi idéntica al proceso de escisión binaria. En ciertos animales pluricelulares, tales como celentéreos, esponjas y tunicados, la división celular se realiza por yemas. Estas se originan en el cuerpo del organismo madre y después se separan para desarrollarse como nuevos organismos idénticos al primero. Este proceso, conocido como gemación, es análogo al proceso de reproducción vegetativa de las plantas. Procesos reproductores como los citados, en los que un único organismo origina su descendencia, se denominan científicamente reproducción asexual. En este caso, la descendencia obtenida es idéntica al organismo que la ha originado. (Idem)

Fisión binaria y múltiple

Es un tipo de reproducción asexual que se caracteriza por la división de un cuerpo en dos o más partes, cada una de las cuales forma un individuo completo. La fisión en dos partes, o binaria, puede ser idéntica a una división celular, o implicar una reorganización del citoplasma y la formación de estructuras celulares nuevas. La fisión es frecuente en los organismos unicelulares, pero rara en los multicelulares, ya que requiere la regeneración de partes especializadas en cada uno de los descendientes. En los microorganismos la fisión binaria puede ser transversal (se produce a lo ancho del organismo), como en el caso del paramecio, o longitudinal (a lo largo del organismo), como en la euglena, un flagelado colonial.

La fisión múltiple puede comprender varias escisiones binarias sucesivas que tienen lugar en el interior de una cubierta, como en los esporozoos, un tipo de protozoos parásitos; o consistir en divisiones repetidas del núcleo seguidas de la división del citoplasma en tantas partes como núcleos existan, como en el protozoo palúdico. En ocasiones, algunos gusanos (las planarias y ciertos anélidos) se reproducen mediante fisión.1

Fisión de una amiba

Esporulación

En los hongos y ciertas plantas, la reproducción asexual se efectúa por la formación de esporas. Estas son cuerpos pequeños que contienen un núcleo y una pequeña porción de citoplasma. Las esporas de los organismos terrestres, son por lo general, muy livianas y poseen una pared protectora. Estos dos rasgos determinan que la esporulación sea algo más que un simple mecanismo de reproducción. Su tamaño pequeño y su peso liviano las habilita para ser transportadas a grandes distancias por medio de corrientes de aire. Así las esporas funcionan como agentes de dispersión , que hacen posible la propagación del organismo en nuevos lugares.

La cubierta resistente de la espora desempeña a menudo otra función útil. Permite que la placa se mantenga protegida en estado de vida latente a través de periodos de los cuales prevalecen condiciones desfavorables que serían fatales `para el organismo en proceso de crecimiento vegetativo activo. No es sorprendente que este tipo de esporas se produzcan más rápidamente cuando las condiciones de temperatura, humedad o alimentación se tornan desfavorables.2

Ciertas algas verdes y en los hongos acuáticos, las esporas no representan estados de reposo. En Chlamydomonas una sola célula se divide de una a tres veces, y da origen a dos u ocho pequeñas zoosporas. Cada una esta dotada de su núcleo, citoplasma y dos flagelos. Después de haber sido liberado, cada zoospora crece hasta alcanzar el tamaño de la célula madre. Algunas algas sedimentarias utilizan las zoosporas no solo como mecanismo de reproducción, sino también como medio de dispersión. Con ayuda de los flagelos nadan y dispersan la especie a nuevos lugares.2

Los hongos producen esporas en abundancia. Un solo micelio de lycoperdon produce alrededor aproximadamente 700 millones de esporas en cada período en sus esporangios. Por medio de aviones, se han podido recoger esporas del hongo de la roya del trigo a una altura de 4300 metros. Si se deja un pedazo de pan húmedo (que no contenga sustancias inhibidoras del crecimiento del moho) en un lugar caliente, oscuro y expuesto a las corrientes del aire se desarrolla un micelio abundante y exuberante que muestra cuan amplia es la distribución de las esporas de este hongo. Los musgos, los licopodios y los helechos producen también enorme cantidad de esporas pequeñas que se dispersan por el viento y sirven para propagar la especie a nuevas localidades.2

Gemación

Muchas esponjas y cnidarios, como la hidra y algunas anémonas se reproducen por gemación. Una versión en miniatura del animal (una yema) crece directamente sobre el cuerpo del adulto, obteniendo los nutrimentos de su progenitor. Cuando ha crecido lo suficiente, la yema se desprende y se hace independiente.

Audesirk, 1997

Gemación de una levadura

Partenogénesis

Es el desarrollo de un organismo a partir de un gameto, o célula sexual, sin fecundar. Es común en el reino animal hasta la clase Insecta(Insectos), pero a partir de este grupo, ocurre sólo en contadas ocasiones. Los mecanismos que atañen a este proceso aún no se conocen bien. Algunos grupos de anfibios, reptiles y aves pueden reproducirse por partenogénesis, pero los embriones de mamíferos obtenidos de esta manera en experimentos, mueren tras un periodo de días. La partenogénesis también se da, con menor frecuencia, entre las plantas inferiores. En las plantas, la producción biológica de frutos sin previa fecundación se llama partenocarpia. Estos frutos no tienen semillas.1

Poliembrionía

Ciertos insectos presentan un tipo único de desarrollo embrionario, en el que un único huevo da lugar a más de un embrión, proceso conocido como poliembrionía y, en algunas especies, un solo huevo da lugar a más de 100 larvas por división en el interior del mismo. Es un acaso de reproducción asexual en mamíferos vertebrados. Ej. Armadillo. En este animal la reproducción es sexual al principio, pero luego el embrión se fragmenta y da lugar a embriones iguales.1

Reproducción vegetativa

Es decir, sin unión de células o núcleos de células— de los vegetales, de manera que el individuo resultante es, desde el punto de vista genético, idéntico al parental. La reproducción vegetativa tiene lugar por fragmentación o a partir de estructuras asexuales especiales. Partes de hepáticas y musgos se desgajan de la planta parental y se transforman en individuos nuevos, y lo mismo ocurre con los esquejes. Son estructuras asexuales especializadas las esporas, los tubérculos, los bulbos, los estolones o tallos rastreros y ciertas raíces. A partir de esporas se forman, por ejemplo, nuevos helechos; las papas o patatas a partir de los ojos del tubérculo; las plantas de ajo a partir de los dientes del bulbo, o fresales a partir de los estolones que emite la planta de la fresa.

• Rizoma, es un tallo horizontal, subterráneo, que puede o no ser pulposo, para almacenamiento de alimento. Aunque los rizomas pueden semejar a las raíces, son en realidad tallos, como lo indican la presencia de hojas en forma de escamas, yemas, nodos y internodos. Los rizomas con frecuencia se ramifican en diferentes direcciones y su porción vieja muere, separando las dos ramas en plantas diferentes. El iris y muchos pastos son ejemplos de plantas con rizomas. Los humanos las propagan dividiéndolos o cortándolos en piezas mas pequeñas, cada una con una yema. Cada pieza es capaz de formar una planta completa.3

• Tubérculo, es un tallo subterráneo el cual esta muy aumentado de tamaño para el almacenamiento de alimento. La papa blanca y el caladiumson ejemplos de plantas que producen tubérculos. Los “ojos” de la papa blanca son en realidad yemas laterales, la cual confirma que los tubérculos son tallos subterráneos y no raíces. Los seres humanos propagan los tubérculos contándolo en pedazos cada uno con una yema lateral. Cuando se planta un tubérculo, cada uno da lugar a una planta completa.3

• Bulbo, es una tallo subterráneo acortado, al cual se adhieren hojas pulposas que almacenan alimento. Los bulbos son globosos o redondos, cubiertos de escamas con apariencia de papel. Estas escamas forman pequeños bulbos que inicialmente están unidos al bulbo madre. Los humanos separan estos bulbos para aumentar el numero de plantas, pero este proceso también se lleva a cabo en la naturaleza. Las raíces contráctiles de algunos bulbos se contraen y eventualmente separan al bulbo hijo del bulbo madre. Lirios, tulipanes, cebollas y narcisos forman bulbos.3

• Cormo, es una tallo subterráneo que semeja superficialmente al bulbo. En el, el órgano de almacenamiento es el tallo engrosado y no las hojas, como en el bulbo. Todo el cormo esta formado por tejido de tallo, cubierto por escamas de apariencia de papel, que son hojas modificadas, y se unen a este en nodos. Con frecuencia se observan yemas laterales. Entre las plantas que producen cormos se encuentran el azafrán, la gladiola y el ciclamen.3

• Estolón. Es un tallo que corre sobre la superficie del suelo. De sus yemas pueden originarse, además de raíces adventicias, nuevos tallos con hojas y yemas, los que, al morir el estolón, pasan a constituir plantas independientes. Como por ejemplo la frutilla.3

Regeneración reproductiva o fragmentación

Algunas plantas y animales llevan acabo la reproducción sexual por fragmentación. En estas especies el cuerpo del organismo se fragmenta en varias partes; cada una de ellas puede luego regenerar todas las estructuras del organismo adulto. Una vez que el gusano completa el crecimiento, se rompe en ocho o nueve fragmentos. Cada uno de ellos desarrolla luego un gusano adulto que repite el proceso. (Audesirk, 1997).

Por lo general, el proceso de fragmentación depende de factores externos. Las algas pardas y verdes de las costas marinas se rompen a menudo en pedazos debido a la acción de las olas. Cada fragmento puede crecer hasta alcanzar el tamaño completo. También en el agua dulce los fragmentos de las algas frecuentemente se rompen. Mediante la fisión celular cada fragmento se establece rápidamente el filamento completo. (Idem).

Los jardineros se valen de manera deliberada de la fragmentación para reproducir asexualmente variedades de sedas de plantas. Esto se hace mediante estacas. Si la operación se hace con cuidado, las estacas desarrollan raíces y hojas que pueden continuar existiendo independientemente. (Idem).

Fragmentación planaria

OVOGENESIS

Las fases de la ovogénesis

Fase de multiplicación

• Fase de multiplicación. Las células germinales, que se encuentran en el ovario, se dividen por mitosis y dan lugar a las ovogonias. Esta fase ocurre antes del nacimiento.

Fase de crecimiento

• Fase de crecimiento. Las ovogonias crecen debido a la acumulación de sustancias de reserva. Se transforman así en ovocitos de primer orden, que están alojados en una especie de vesículas rodeadas por unas células llamadas foliculares. El conjunto del ovocito y su cubierta de células constituye al folículo de Graaf. Los ovocitos que contienen han comenzado la primera división meiótica, pero se encuentran detenidos en la profase. Por tanto, también se detiene la gametogénesis. Esta fase también ocurre durante la fase fetal.

Fase de maduración

• Fase de maduración. Con el inicio de la pubertad, se reanuda la gametogénesis. Varios ovocitos de primer orden comienzan a aumentar de tamaño y terminan la primera división meiótica. Se origina, por tanto, un ovocito de segundo orden (con 23 cromosomas formados por dos cromátidas) y un corpúsculo polar que degenera. Para que continúe el proceso debe producirse la fecundación. Esto hace que tenga lugar la segunda división meiótica y se forme el óvulo, que tiene 23 cromosomas, cada uno de ellos con una cromátida. También se desarrolla un segundo corpúsculo polar. Puesto que ya se ha producido la fecundación, en el interior del óvulo se encuentra, además de su núcleo, el del espermatozoide.

APARATO REPRODUCTOR MASCULINO Y FEMENINO

MASCULINO:

El aparato reproductor masculino está formado por los siguientes elementos: 

Testículos. En su interior se encuentran los tubos seminíferos que son los que producen los espermatozoides. Están alojados en unas bolsas de piel llamadas escroto fuera del interior del cuerpo. 

Conductores genitales:  Los conductos parten desde el epidídimo, situado en la parte superior del testículo, que es el lugar donde se almacenan los espermatozoides.Desde aquí se continúan por el espermiducto hacia la uretra y de ahí al exterior.

 Vesículas seminales y próstata. Son glándulas que vierten ciertas sustancias sobre los espermatozoides formando el semen o esperma.

 Pene. Es el órgano copulador necesario para asegurar la introducción del semen en el interior del aparato sexual femenino. La uretra recorre el interior del pene, cuya parte anterior es un ensanchamiento denominado glande, recubierto por un pliegue de piel llamado prepucio.

Femenino:

El aparato reproductor femenino se encarga de producir los óvulos, de recibir los espermatozoides y, si hay fecundación, de albergar al embrión durante su desarrollo

. Casi todos los órganos del aparato reproductor femenino están situados en el interior del abdomen. Son: 

• Los ovarios. Son dos, ovalados, del tamaño de una nuez y se sitúan a la altura del bajo vientre. 

• Las trompas de Falopio. Son dos, son unos canales de unos 10 cm de longitud que parten de cada uno de los ovarios y que conectan con el útero.

• El útero. Es un órgano hueco, con la forma y el tamaño de una pera y gruesas paredes musculares. Su parte más estrecha, llamada cuello, conecta con la vagina. 

• La vagina. Es un conducto muscular que comunica el útero con el exterior.

• La vulva. Es la parte externa. Consiste en unos pliegues depiel, llamados labios, que se disponen sobre los orificios de la vagina y la uretra. En la mujer, el conducto de la uretra no está relacionado con el aparato reproductor. 

Fecundación

Una vez formados los gametos, para que se produzca un nuevo ser es necesario que el óvulo y el espermatozoide se junten y fusionen, a este proceso se le denomina fecundación. En la especie humana la fecundación es interna, es decir se produce dentro del cuerpo de la mujer, concretamente en las Trompas de Falopio. 

Para ello es necesario que se produzca la copulación o coito que consiste en la introducción del pene en la vagina y la posterior eyaculación del semen (aunque, como veremos más adelante, en la actualidad existen técnicas de reproducción asistida mediante las cuales pude darse una fecundación in vitro, en el laboratorio). 

Si no hay ningún obstáculo (algún método anticonceptivo) el semen pasará por la vagina, atravesará el útero y llegará a lasTrompas de Falopio. De los cientos de miles de espermatozoides, solamente unos pocos llegarán hasta el óvulo y solamente uno podrá atravesar la membrana plasmática del óvulo y producirse la fecundación. Todos los demás espermatozoides son destruidos en el viaje. La razón de producirse millones de espermatozoides es para garantizar que, al menos uno, pueda alcanzar el óvulo.  

El óvulo fecundado es una nueva célula que vuelve a tener 46 cromosomas, ya que tendrá los 23 cromosomas del óvulo mas los 23 del espermatozoide y se denomina Cigoto. El cigoto comenzará un viaje hasta implantarse en el útero. 

ANTICONCEPTIVOS

Durante este viaje comienza a dividirse y empieza a desarrollarse como embrión. A partir de las 16 células se empieza hablar de mórula, ya que su aspecto recuerda a una mora.

BIOLOGIA

LA CÉLULA

 

                                  

Tiene una funciona de auto conservación, se considera la mínima expresión de vida del ser vivo.

Anton Van Leeuwnhoek

Fabrico un sencillo microscopio  en el que observo algunas células como protozoos y glóbulos rojos.

Robert Hooke 

Observando el microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales  las llamo CÉLULAS.

En el SIGLO XIX  estableció la TEORÍA CELULAR.

Funciones celulares

Nutrición:

Es el conjunto de procesos por los que la célula toma nutrientes del medio que le rodea para: Obtener energía con la que realizar sus funciones. Obtener materia para fabricar componentes celulares. Eliminar al medio las sustancias de desecho producidas. La nutrición puede ser de dos tipos: Autótrofa, cuando toma del medio materia inorgánica y energía (lumínica- fotosíntesis o química-quimiosíntesis) para fabricar materia orgánica. Heterótrofa cuando toman materia orgánica, procedente de otros seres vivos, para transformarla en materia orgánica propia. La nutrición consta de: Procesos de intercambio de sustancias con el medio ambiente. Procesos de transformación y uso de los nutrientes: metabolismo celular.

Intercambio de sustancias con el medio
La membrana celular, que es selectivamente permeable, regula el paso de las sustancias que entran y salen de la célula. Los sistemas de transporte utilizados son diferentes según se trate de moléculas pequeñas, macromoléculas o partículas.
a) Moléculas pequeñas: - Transporte pasivo: las moléculas se mueven a favor de gradiente de concentración, desde el lado de la membrana en que están más concentradas hasta el lado en donde su concentración es menor, sin gastar energía. Puede ser por difusión simple, a través de la bicapa lipídica (gases, moléculas no polares-liposolubles y polares sin carga) o por difusión facilitada, a través de las proteinas intercaladas en la membrana ( moléculas polares grandes y los iones). - Transporte activo: las moléculas atraviesan la membrana en contra del gradiente de concentración (de menor a mayor concentración). Para ello utilizan proteínas transportadoras y consumen energía en forma de ATP.

b) Macromoléculas y partículas:Penetran en la célula rodeadas de membrana, el proceso de entrada en la célula se denomina endocitosis y en él las sustancias son englobadas en invaginaciones(formación de un repliegue hacia dentro de la célula) de la membrana plasmática que acaba cerrandose y formando vesículas intracelulares. Según la naturaleza del material endocitado puede ser:

- Pinocitosis: el material ingerido es líquido o es de pequeño tamaño, se forman pequeñas vesículas.

- Fagocitosis: el material es de gran tamaño, como microorganismos o restos celulares. La célula emite unas prolongaciones de la membrana llamados pseudópodos, que van rodeando progresivamente a la partícula hasta formar una vesícula de gran tamaño llamada fagosoma. El proceso contrario a la endocitosis es la exocitosis, proceso por el que se vierten al exterior hormonas, enzimas, sustancias de desecho, etc. y los materiales necesarios para renovar la membrana celular. Transformación y uso de los nutrientes Los nutrientes orgánicos complejos capturados por la célula han de sufrir un proceso de Digestión celular para poder ser utilizados. Las vacuolas o vesículas obtenidas por pino o fagocitosis se unen a lisosomas (enzimas digestivos) cuyo contenido rompe las moléculas complejas en moléculas simples que atraviesan la membrana de la vacuola para ser utilizadas en el citoplasma. Metabolismo celular  Es el conjunto de reacciones químicas, mediadas por enzimas, para obtener energía y fabricar materia. Está compuesto por dos procesos interrelacionados: Anabolismo: es el proceso por el cual la célula toma moléculas simples para fabricar moléculas complejas gastando energía en forma de ATP. Un ejemplo es la Fotosíntesis en las células autótrofas que toman del medio materia inorgánica (agua, CO2 y sales minerales) junto con energía luminosa para fabricar materia orgánica (glucosa). Catabolismo: es el proceso por el que la célula degrada materia orgánica compleja para obtener moléculas simples y energía, en forma de ATP y calor. El ATP es una molécula orgánica que almacena energía en los enlaces que establece entre los grupos fosfato.ADP + P + energía ATP Cuando la célula necesita energía, la obtiene rompiendo la molécula de ATP obteniendo ADP + P y la energía almacenada. Anabolismo y catabolismo son interdependientes y complementarios, la energía del catabolismo se emplea en el anabolismo y la materia obtenida en el anabolismo se transforma en el catabolismo para obtener energía. Fotosíntesis Es el proceso que tiene lugar en los cloroplastos de las células autótrofas vegetales por el cual se fabrica materia orgánica a partir de materia inorgánica y energía luminosa. 6 CO2 + 6 H2O + luz ------------- C6H12O6 + 6 O2 Se produce en dos fases: Fase luminosa: necesita luz solar y clorofila, tiene lugar en la membrana de los tilacoides. En ella se produce la fotolisis del agua, la molécula de agua se rompe obteniéndose H, energía en forma de ATP y O2 que se elimina como un residuo inútil.Fase oscura: no necesita luz y se produce en el estroma del cloroplasto. El CO2 + H con la energía del ATP y mediante un sistema de reacciones denominado Ciclo de Calvin produce glucosa, pero puede producir también ácidos grasos o aminoácidos. En la Quimiosíntesis el proceso es similar, salvo que no intervienen los cloroplastos y que la energía procede de las reacciones de oxidación de moléculas inorgánicas presentes en el medio ambiente. Otros tipos de anabolismo se producen en la célula cuando se elaboran proteínas a partir de aminoácidos, oligosacáridos o polisacáridos a partir de monosacáridos, etc. Procesos catabólicos celulares son:Respiración celular, puede ser de dos tipos: Aeróbica, en presencia de oxígeno, tiene lugar en la mitocondria y es el proceso inverso a la fotosíntesis: C6H12O6 + 6 O2------------- 6CO2 + 6 H2O + Energía (38 ATP) Anaeróbica, también llamada fermentación, en ausencia de oxígeno, tiene lugar en el hialoplasma: Transforma la glucosa en Ácido láctico, en las células humanas, obteniéndose mucha menos energía (4 ATP). Existen otros proceso de fermentación utilizados para obtener productos de uso humano como la fermentación alcohólica y la láctica para obtención de derivados lácteos. Relación: Es la función que se encarga de captar los estímulos del medio que la rodea y responder ante ellos. Se compone de: Sensibilidad celular: es la capacidad de captar estímulos (cambios en el ambiente capaces de producir una respuesta en la célula). No todas la variaciones ambientales son captadas ya que las células son sensibles sólo a unas pocas para las que tienen receptores en la membrana ( suelen ser proteínas). Los estímulos más habituales son los mecánicos, térmicos, químicos y lumínicos.Respuesta celular, puede ser de dos tipos: Estática, no da lugar a movimientos celulares, se producen: Cambios en la permeabilidad de la membrana. Expulsión de productos fuera de la célula.Elaboración de cubiertas protectoras y paso a estado latente hasta que las condiciones ambientales sean más favorables. Dinámica: la célula efectúa un movimiento de desplazamiento respecto al estímulo (acercamiento o alejamiento). El movimiento puede ser ameboideo, contráctil o vibrátil. Reproducción: Es la función encargada de que los seres vivos hagan copias de si mismos. En las células la reproducción puede ser de dos tipos: Mitosis: es un proceso de división de la célula madre en el que se obtienen, como resultado, dos células hijas con igual información genética que la célula madre. Es el tipo básico de reproducción asexual de los eucariotas unicelulares y de los células somáticas de los organismos pluricelulares. Previamente a la mitosis se produce la duplicación del ADN y el crecimiento celular en la fase final de la Interfase (periodo entre dos mitosis).

La mitosis de divide para su estudio en cuatro fases:

                                         

a) Profase:La cromatina (en la que ya se ha duplicado la molécula de ADN) se condensa formando los cromosomas.Desaparece el nucleolo y la membrana nuclear.
Se duplican los centriolos y emigran a ambos lados del núcleo.
Comienza a formarse el Huso mitótico (microtúbulos que conectan ambas parejas de centriolos).b) Metafase:Los cromosomas se alinean en la parte central de la célula, unidos al huso mitótico, formando la Placa ecuatorial.
c) Anafase:Se separan las cromátidas (brazos que forman los cromosomas) que emigran hacia los polos de la célula.
d) Telofase:Las cromátidas se agrupan el los polos celulares, se descondensan y aparece la cromatina.Formación de la membrana nuclear.

El proceso finaliza con la Citocinesis, estrangulación de la célula y división del citoplasma para dar lugar a dos células independientes idénticas genéticamente a la célula original (en las células animales).



En las células vegetales la división de las células hijas se produce por la formación de un tabique (fragmoplasto) entre ambas.

                                                  

Meiosis: es el proceso de división exclusivo de las células sexuales o gametos.

A partir de una célula madre se obtienen 4 células hijas con la mitad del número de cromosomas.

El proceso consta de dos mitosis consecutivas, una primera mitosis reduccional en la que se obtienen dos células hijas con la mitad de cromosomas que la madre, en esta mitosis los cromosomas iguales intercambian material genético. Seguida de una mitosis normal en donde las dos células se dividen de manera normal.

                                                   

células procariotas

Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) algunos de los cuales son denominados laminillas y otro es denominado mesosoma y está relacionado con la división de la célula. La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección. El interior de la célula se denomina citoplasma. En el centro es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide, donde se encuentra el material genético o ADN. Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma y está asociado al mesosoma. En el citoplasma también hay ribosomas, que son estructuras que tienen la función de fabricar proteínas. Pueden estar libres o formando conjuntos denominados poli ribosomas. Las células procariotas pueden tener distintas estructuras que le permiten la locomoción, como por ejemplo las cilias (que parecen pelitos) o flagelos (filamentos más largos que las cilias).

Esquema de célula procariota. Las bacterias son los organismos que poseen una organización celular de este tipo. La zona sombreada en el citoplasma representa el nucleoide, zona más densa donde se encuentra el ADN bacteriano y no está físicamente separado del resto de las estructuras citoplasmáticas.

Componentes de la célula procariota:

Introducción. Las células procariotas son unas 10 veces más pequeñas que las eucarióticas. Su estructura es muy sencilla: sin núcleo definido en su interior y la mayoría sin compartimentos internos delimitados por membranas. Esta simplicidad no significa que las procariotas sean inferiores a las células eucarióticas. Hay tres formas básicas muy comunes en las bacterias.

• Coco: forma esférica u ovalada.
• Bacilo: forma alargada o cilíndrica.
• Espirilo: forma espiral.

Pared: Gram + y Gram -.

En la mayoría de estas células, una pared celular rígida, permeable, rodea por fuera a la membrana plasmática, ayudando a mantener la forma de la célula y a resistir la presión interna que puede causar la entrada de agua por osmosis. En las bacterias más típicas, la pared tiene como compuesto representativo un peptidoglucano como la muerina. La estructura y composición de la pared se utiliza para identificar bacterias. Un método muy utilizado en la Tinción de Gram.

• Gram +: La pared es muy ancha y esta formada por numerosas capas de peptidoglicano, reforzadas por moléculas de ácido teicoico (compuesto complejo que incluye azucares, fosfatos y animoácidos).
• Gram -: Es más estrecha y compleja, ya que hay una sola capa de peptidoglicano y, por fuera de ella, hay una bicapa lipídica que forma una membrana externa muy permeable, pues posee numerosas porinas, proteínas que forman amplios canales acuosos.

Membranas de Gram + y Gram -.

Fuera de la pared suele haber una capa pegajosa o Glicocálix, con polisacáridos, proteínas o mezclas de ambos compuestos. Cuando tiene una estructura muy organizada y está unida firmemente a la pared se llama Cápsula. Estos materiales ayudan a las bacterias a adherirse a diferentes superficies (dientes, células, rocas, etc.) y las hacen más virulentas al protegerlas, a modo de coraza, del ataque de otras células.

Membrana plasmática.

Esta formada al igual que en las células eucariotas, a excepción de las arqueobacterias, por una bicapa de lípidos con proteínas, pero más fluida y permeable por no tener colesterol. Asociadas a la membrana se encuentran muchas enzimas, como las que intervienen en los procesos de utilización deloxígeno. Cuando las bacterias realizan la respiración celular necesitan aumentar la superficie de su membrana, por lo que presentan invaginaciones hacia el interior, los mesosomas. En las células procarióticas fotosintéticas hay invaginaciones asociadas a la presencia de las moléculas que aprovechan la luz, son los llamados cromatóforos, que se utilizan para llevar a cabo la fotosíntesis y se componen de pigmentos de bacterioclorofila y carotenoides.

Ribosomas, flagelos y Pili bacterianos.

En el interior celular, dispersos por el citoplasma, se encuentran una gran cantidad de ribosomas, un poco más pequeños que los ribosomas eucarióticos (70S en lugar de 80S), pero con la misma configuración general. Algunas bacterias tienen uno o más flagelos bacterianos que sirven para elmovimiento de la célula. Su disposición es característica en cada especie y resulta útil para identificarlas. Su estructura y modo de actuar son muy diferentes a los de los flagelos de las células eucarióticas. No están rodeados por la membrana celular, sino que constan de una sola estructura alargada, formada por la proteína flagelina, anclada mediante anillos en la membrana. Mueven la célula girando, como si fueran las hélices de un motor. Muchas especies tienen también fimbrias o Pili (pelos), proteínas filamentosas cortas que se proyectan por fuera de la pared celular. Algunos Pili ayudan a las bacterias a adherirse a superficies, otros facilitan la unión a otras bacterias para que se pueda producir la conjugación, esto es, una transmisión de genes entre ellas.

Fig. 20: Flagelos y Pilis bacterianos.

Material genético bacteriano

El nucleoide o zona en que está situado el cromosoma bacteriano está formado por una única molécula de ADN circular de doble cadena, asociada con unas pocas proteínas no histónicas. Esta molécula permanece anclada en un punto de la membrana plasmática.

Las bacterias pueden tener uno o más plásmidos, son moléculas de ADN extra cromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras pequeños círculos auto replicante de ADN que tienen unos pocos genes. Hay algunos plásmidos integrativos, vale decir tienen la capacidad de insertarse en el cromosoma bacteriano. Digamos que rompe el cromosoma y se sitúa en medio, con lo cual, automáticamente la maquinaria celular también reproduce el plásmido. Cuando ese plásmido se ha insertado se les da el nombre de episomas.

Fig. 21: Plásmido bacteriano

Según el Sistema de tres dominios los grupos procariotas principales son Archaea y Bacteria. La diferencia más importante que sustentó en un inicio la diferencia entre estos dos grupos está en la secuencia de bases nitrogenadas de las fracciones del ARN ribosomal 16S.

• Arqueas son microorganismos unicelulares muy primitivos. Al igual que las bacterias, las archaea carecen de núcleo y son por tanto procariontes. Sin embargo, las diferencias a nivel molecular entre archaeas y bacterias son tan fundamentales que se las clasifica en grupos distintos. De hecho, estas diferencias son mayores de las que hay, por ejemplo, entre una planta y un animal. Actualmente se considera que las archaea están filogenéticamente más próximas a los eucariontes que a las bacterias. Las archaea fueron descubiertas originariamente en ambientes extremos, pero desde entonces se las ha hallado en todo tipo de hábitats.
  • Metanógenos son microorganismos procariontes que viven en medios estrictamente anaerobios y que obtienen energía mediante la producción de gas natural, el metano (CH4). Gracias a esta característica, este tipo de organismo tiene una gran importancia ecológica, ya que interviene en la degradación de la materia orgánica en la naturaleza, y en el ciclo del carbono. Además, son un grupo filogenéticamente heterogéneo en dónde el factor común que las une es la producción de gas metano y sus cofactores únicos. Las podemos encontrar en nuestro intestino.
  • Halófilas: Viven en ambientes extremadamente salinos. Halococcus y Halobacterium solo viven en medios con más del 12% de sal (mucho más salado que el agua de mar).
  • Las hipertermófilas viven y desarrollan en condiciones de temperaturas extremas y pH extremos en sitios con actividad volcánica (como géiseres) en las dorsales oceánicas, donde la mayoría de seres vivos serían incapaces de sobrevivir. Existe la teoría de que fueran posiblemente las primeras células simples.

• Bacterias son organismos microscópicos formados por células procariotas más evolucionadas. Las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazules, son eubacterias fotosintéticas y coloniales que han estado viviendo sobre nuestro planeta por más de 3 mil millones de años. Esta bacteria crece en esteras y montículos en las partes menos profundas del océano. Hoy en día sólo las hay en algunas regiones, pero hace miles de millones de años las había en tan gran número, que eran capaces de añadir, a través de la fotosíntesis, suficiente oxígeno a la primitiva atmósfera de la Tierra, como para que los animales que necesitaban oxígeno pudieran sobrevivir.

Célula  eucariota 

Las células eucariotas son generalmente mayores y con una estructura más compleja que las células procariotas. La morfología de estos organismos puede incluir apéndices, pared celular, membrana y varias estructuras internas.

Están presentes en células que forman parte de los tejidos de organismos pluricelulares, que pertenecen a los reinos fungi, metazoo y metafíta.

Célula eucariota

Se caracterizan por tener un núcleo delimitado por una doble membrana (membrana nuclear), que lo separa del resto del citoplasma, donde se almacena el material genético; poseen además organelos membranosos (mitocondrias, lisosomas, cloroplastos, etc).

Poseen formas y tamaños muy variados, de acuerdo a la función que cumpla la célula eucarionte en el organismo.

Las células eucariontes poseen más DNA (ácido desoxirribonucleico) que las células procariontes.  El DNA eucarionte se une a proteínas, constituyendo los cromosomas.

Además poseen complejos supramoleculares muy importantes, como es el caso del citoesqueleto, el cual es un verdadero esqueleto interno.

Citoesqueleto

El citoesqueleto celular consiste en una malla tridimensional de filamentos proteicos cuyas principales funciones son:

• proporcionar el soporte estructural para la membrana plasmática y los orgánulos celulares

• proporcionar el medio para el movimiento intracelular de organelas y otros componentes del citosol

• proporcionar el soporte para las estructuras celulares móviles especializadas, como cilios y flagelos, responsables de la propiedad contráctil de las células en tejidos especializados como el músculo

Hay que tener presente que no todas las células eucariontes presentan los mismos organelos. En las células vegetales y animales es donde se producen las mayores diferencias.

Cilios y flagelos

Algunas células tienen proyecciones del citoesqueleto que sobresalen de la membrana plasmática. Si las proyecciones son pocas y muy largas, reciben el nombre de flagelos.

Espermatozoides

El único ejemplo de célula humana dotada de flagelo es el espermatozoide que lo utiliza para desplazarse.

Si las proyecciones son muchas y cortas, se denominan cilios. El ejemplo más típico son las células del tracto respiratorio cuyos cilios tienen la misión de atrapar las partículas del aire.

Al igual que las bacterias, muchas células eucariotas poseen estas estructuras para la locomoción.

Los cilios de las eucariotas son idénticos a los flagelos de las procariotas en estructura, aunque son más cortos y numerosos. Su estructura es más compleja que la de las procariotas, están compuestos por microtúbulos, 9 pares que rodean un par central todo ello rodeado por una membrana.

El flagelo de las eucariotas se mueve como un látigo al contrario de las procariotas que lo hacen rotando como un sacacorchos.

Pared celular

Plantas, algas y hongos poseen pared celular mientras que el resto de las eucariotas no la poseen. La pared celular mantiene la forma celular y previene de la presión osmótica.

La pared celular de las plantas, algas y hongos son distintas a la de las bacterias en cuanto a su composición y estructura física. Por ejemplo, la pared celular de eucariotas no contiene peptidoglucano.

 En plantas está compuesta de polisacáridos como la celulosa y pectina. La de los hongos filamentosos contiene quitina y celulosa y en levaduras manano. En las algas existe celulosa, otros polisacáridos y carbonato cálcico.

Membrana citoplásmica o citiplasmática

Independientemente de que la célula eucariota posea o no pared celular, posee membrana citoplasmática que rodea a la parte principal de la célula.

 La membrana semipermeable es una bicapa lipídica que posee insertadas proteínas. Algunas de estas proteínas atraviesan enteramente la membrana creando poros a través de los cuales los nutrientes entran dentro de la célula. A estas proteínas se las denomina permeasas.

Las diferencias existentes entre la membrana de eucariotas y procariotas son:

• Los eucariotas contienen esteroles (fundamentalmente colesterol) que le confieren rigidez a la membrana.
• En aquellos eucariotas que no poseen pared celular, la membrana está reforzada por microtúbulos de las proteínas actina y miosina.
• Los eucariotas no localizan los enzimas implicados en la generación de energía metabólica en su membrana.

Organelos o argánulos celulares

Dentro de la membrana citoplásmica está el protoplasma que se divide en carioplasma y citoplasma.

El carioplasma es el material que hay dentro de la membrana nuclear, mientras que el citoplasma es el material existente entre la membrana nuclear y la membrana citoplásmica.

En el citoplasma es donde se encuentran los organelos u orgánulos celulares (verdaderas fábricas en miniatura) que son estructuras rodeadas de membrana que realizan funciones especiales, tales como la fotosíntesis y respiración.

Al contrario que las procariotas, el citoplasma de las eucariotas posee una extensa red de microtúbulos y estructuras proteicas que constituyen el citoesqueleto de la célula. Este citoesqueleto genera la forma de la célula y a través de él se mueven los organelos u orgánulos en el citoplasma.

Los organelos u argánulos son: 

Núcleo

El núcleo de las eucariotas se caracteriza por su membrana nuclear; es una doble membrana la cual se asemeja a dos membranas citoplasmáticas juntas, que contiene muchos poros grandes a través de los cuales pasan sustancias como proteínas y RNA. Normalmente posee forma esférica u oval.

El núcleo contiene la información hereditaria de la célula en la forma de DNA. En el carioplasma que no se está dividiendo el DNA está combinado con proteínas como las histonas, dándole una apariencia fibrilar. Esta combinación de DNA y proteínas se llama cromatina. Durante la división celular la cromatina se condensa en cromosomas.

Dentro del carioplasma se encuentra el nucléolo, el cual aparece más oscuro con el microscopio electrónico. Alrededor del cinco al diez por ciento del nucléolo es RNA, siendo el resto proteína. Esta estructura es el lugar de síntesis del RNA ribosomal y de los componentes esenciales del ribosoma.

Los componentes proteicos de los ribosomas sintetizados en el citoplasma entran en el núcleo a través de los poros nucleares para combinarse con el RNA ribosomal recién sintetizado. Tanto las proteínas como el RNA forman las dos subunidades de los ribosomas que salen del carioplasma a través de los poros y se convierten en funcionales en el citoplasma.

Los ribosomas de eucariotas son mayores que los de procariotas.

Retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico es una red membranosa de sacos y túbulos que a menudo están conectados a la membrana nuclear y citoplásmica.

En esquema, arriba derecha y abajo izquierda, retículos endoplasmáticos

Existen dos formas de retículo endoplásmico: el rugoso y el liso.

El rugoso posee ribosomas y el liso no. Las proteínas sintetizadas en el rugoso son liberadas en el citoplasma o pasan a través de su membrana dentro de los canales por donde son distribuidas a distintas partes de la célula.

El retículo endoplásmico liso está implicado en la síntesis de glucógeno, lípidos y esteroides. Los canales del retículo endoplásmico liso también sirven para la distribución de las sustancias sintetizadas en él.

Aparato de Golgi (o complejo de Golgi)

Está compuesto de sacos membranosos que tienen vesículas esféricas en sus extremos. Fue descrito por primera vez por Camillo Golgi en 1898.

Aparato de Golgi

Es el centro de empaquetamiento de las células eucariotas, responsable del transporte seguro de los compuestos sintetizados al exterior de la célula.

El aparato de Golgi está conectado a la membrana citoplasmática donde se fusiona y así poder excretar el contenido fuera de la célula, proceso que se llama exocitosis.

Otra función es la de empaquetar ciertos enzimas sintetizados en el retículo endoplásmico rugoso en unos orgánulos llamados lisosomas.

Estos enzimas catalizan reacciones hidrolíticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, sulfatasas, lipasas y fosfatasas.

El contenido de los lisosomas no se excreta sino que permanece en el citoplasma y participa en la digestión citoplásmica de los materiales ingeridos o absorbidos por la célula.

El que los enzimas hidrolíticos permanezcan dentro del lisosoma protege a la célula de la acción lítica de estos enzimas. En adicción, el aparato de Golgi contiene glicosiltransferasas que unen moléculas de carbohidrato a proteínas para formar glicoproteínas.

Mitocondria

Es un orgánulo citoplásmico donde se generan las moléculas de ATP durante la respiración aeróbica. La membrana interna está muy invaginada y es donde tiene lugar la conversión de energía.

Mitocondria

Aunque las mitocondrias son orgánulos de células eucariotas se parecen a las células procariotas; contienen sus propios ribosomas, su propio DNA el cual es una única molécula circular que contiene la información genética necesaria para la síntesis de un limitado número de proteínas cuya síntesis tiene lugar en los propios ribosomas de las mitocondrias.

Finalmente, las mitocondrias se dividen para formar nuevas mitocondrias de forma parecida a como lo hacen los procariotas e independientemente del núcleo celular; sin embargo, no se pueden dividir si se sacan del citoplasma.

Cloroplastos

Es el lugar donde ocurren las reacciones fotosintéticas, donde se utiliza la luz como fuente de energía para convertir el CO₂ en azúcar y los átomos de O₂ del H₂O en moléculas de O₂gaseoso.

El cloroplasto es una estructura rodeada por una doble membrana cuyo interior se denomina estroma.

La membrana interna se pliega en el estroma formando sacos en forma de discos llamados tilacoides, los cuales contienen la clorofila y los carotenos que intervienen en la fotosíntesis. 

Cloroplasto

Cada conjunto de tilacoides se llama grano.

Algunos tilacoides se unen a otros de otro grano formando una red.

 Los cloroplastos poseen las mismas características que las mitocondrias (ribosomas 70 S, DNA circular, fisión binaria).

La similitud de las mitocondrias y los cloroplastos con los microorganismos procariotas dio base a la teoría endosimbiótica del origen de estos orgánulos.

Permeabilidad selectiva

• Capacidad para meter o sacar sustancias 
• impide que sustancias de gran peso molecular entren a la celula (Lipidos , proteina )
• Liposolubles : se vuelben solubles en lipidos
• Tamaño : Moleculas de gran tamaño no pasan atraves de esta
• Carga : Moleculas cargadas y los Ioones no pasan atraves de esta 

Mecanismo de transporte de membrana

•  No requiere consumo de energia 
• Por diferencias en las concentraciones y cargas electricas
• Tenemos los siguientes mecanismos

Difucion simple

• Movimiento de las moleculas que se dan atraves de la membrana
• De alta a baja concentracion 
• Mayor dioxido , mayor difucion .

Osmosis

Difusion facilitada

• Las moleculas por su gran tamaño no atraviesan la membrana
• Necesitan canales transmembranales ( proteinas para que las sustancias grandes puedan pasar ( glucosa - iones )