Biología Electivo
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ADAPTACIONES A NIVEL CELULAR. TEMAS
El concepto de adaptación en Biología tiene estrecha relación con el principio de estructura y función. Esto quiere decir que una estructura tiene una determinada organización por la función que va a desarrollar. Por ejemplo, el cuerpo de los peces tiene una forma hidrodinámica que les permite desplazarse con menos resistencia por el agua. Estas mismas condiciones se cumplen a nivel celular. En algunas oportunidades, esto se demuestra por los procesos de homeostasis que desarrolla una célula que puede ser a corto o largo plazo. Por ejemplo, cuando una célula es capaz de regular las condiciones de acidez del medio está experimentando un proceso de adaptación. En otro ámbito, la adaptación puede significar el desarrollo de estructuras especializadas en una función particular. Por ejemplo, los cilios son estructuras especializadas de las células eucariontes que determinan la capacidad de movimiento de algunas células. Estos cilios se encuentran en organismos unicelulares donde significan una capacidad de movimiento del organismo completo. Así también, se encuentran en las células que tapizan el sistema respiratorio y, en este caso, son útiles en la movilización de partículas extrañas al sistema respiratorio. Por lo tanto, es importante comprender el concepto de adaptación en el contexto en que se encuentra cada célula. Las estructuras que permiten a una célula adaptarse a su medio pueden estar en distintos niveles, algunos de los cuales vamos a revisar a continuación. Dentro de los niveles o estructuras que participan activamente en la adaptación de las células está el citoesqueleto. El citoesqueleto corresponde a un conjunto de filamentos proteicos que participan en diferentes fenómenos celulares, tales como:
En este caso, podemos apreciar perfectamente el hecho de que una misma estructura es capaz de participar en distintas funciones de acuerdo con la necesidad de cada célula (adaptación). Los componentes del citoesqueleto son:
La clasificación que se hace de estos elementos es de acuerdo con el diámetro que presentan. Los microfilamentos de actina tienen un diámetro promedio de 6 nm (nanómetros); los filamentos intermedios, entre 8 y 10 nm; y los microtúbulos, 24 nm. Los microfilamentos de actina están formados por dos cadenas en espiral de monómeros globulares de actina G (globular), las cuales se unen para formar la actina F (filamento). Son muy abundantes en el músculo. También se encuentran, aunque en menor cantidad, en el citoplasma de todas las células, constituyendo entre un 5 y 30% de las proteínas totales del citoplasma.
Los filamentos de actina participan de la contracción muscular, de los movimientos celulares y de la citodiéresis, disponiéndose como un anillo alrededor del ecuador de la célula, de tal forma que se produce la estrangulación del citoplasma luego de la mitosis.
Los filamentos intermedios son eminentemente elementos estructurales y no tienen participación directa en la contracción ni en los movimientos. Cuando una célula es rota, los filamentos intermedios permanecen intactos en un 99%, sin embargo, los elementos de los microfilamentos y de los microtúbulos se solubilizan. Los filamentos intermedios son abundantes en células que están sometidas a roce, como las de la epidermis, donde se unen a elementos de las membranas como lo son los desmosomas, que unen las células unas a otras. Las células que sufren divisiones celulares continuamente están desprovistas de filamentos intermedios. Los filamentos intermedios están formados por proteínas fibrosas, a diferencia de los microtúbulos y microfilamentos, que están formados por proteínas globulares. Un tipo particular de filamento intermedio es el neurofilamento, presente en el soma, dendritas y axones de las neuronas, especialmente abundante en los axones. En esta célula queda de manifiesto el rol estructural que cumplen los filamentos intermedios.
Los microtúbulos corresponden a cilindros huecos muy delgados y largos, de 24 nm de diámetro. Cada microtúbulo está formado por la asociación de dímeros proteicos que se organizan en forma de hélice. Los dímeros están formados por dos cadenas polipeptídicas de estructuras semejantes, pero no iguales, llamadas tubulinas alfa y beta, que forman un dímero.
Los microtúbulos se encuentran en el citoplasma de todas las células. Participan en la organización y movimiento de cilios y flagelos, transporte intracelular de partículas, desplazamiento de los cromosomas en la mitosis, establecimiento y mantención de la forma celular.
Otro nivel importante de adaptaciones se produce a nivel de la membrana celular. Las células que están en contacto estrecho entre sí suelen desarrollar uniones intercelulares especializadas, en las que participan las membranas plasmáticas y otros componentes celulares. Estas estructuras permiten que las células adyacentes formen conexiones estrechas unas con otras, impidan el paso de materiales o establezcan comunicación rápida entre ellas. En los animales, existen tres tipos comunes de estos contactos intercelulares:
Las células vegetales están conectadas a través de plasmodesmos. Los desmosomas son puntos de fijación entre algunos tipos de células animales, representando una especie de “soldadura” entre ellas. Las células epiteliales adyacentes, como las de la capa superior de la piel, están unidas tan estrechamente una con otra que se requiere fuerza mecánica considerable para separarlas. Esta unión se logra a través de desmosomas. Los desmosomas ayudan a resistir fuerzas de deslizamiento.
Las uniones estrechas sellan los espacios intercelulares que hay entre algunos tipos de células animales. Se consideran como áreas de conexiones íntimas entre las membranas de células adyacentes, a tal punto que no queda espacio entre las células y no es posible el paso de sustancias entre ellas. Las células conectadas por uniones estrechas sellan cavidades corporales. Por ejemplo, las uniones de este tipo entre las células que revisten el intestino impiden que las sustancias contenidas en este órgano pasen al interior del cuerpo o al torrente sanguíneo rodeando las células. Así, la lámina de células actúa como una barrera selectiva. Las sustancias alimenticias que el cuerpo requiere deben ser transportadas a través de las membranas plasmáticas de las células intestinales antes de pasar a la sangre. Esto ayuda a impedir que toxinas y otros materiales indeseables lleguen a la sangre misma.
Otro tipo de conexión intercelular en células animales es la unión en hendidura o nexus. Son semejantes a los desmosomas en cuanto a que une células separadas por un espacio. Estas uniones no sólo conectan membranas, sino que también actúan como poros que comunican los citoplasmas de células adyacentes, a través de los cuales pueden circular moléculas inorgánicas pequeñas como iones o algunas orgánicas como el ATP.
2. Evidencias del ADN como material genético Por mucho tiempo se desconoció la existencia del ADN como material genético. Es más, se postulaba a las proteínas como las moléculas responsables de transmitir la información de una generación a otra. Existieron en la historia de la Biología algunas experiencias fundamentales para resolver la incógnita antes planteada. Uno de los primeros aportes los entregó Robert Feulgen, un químico alemán que desarrolló una tinción específica para ácidos nucleicos. Este reactivo produce una tinción que es proporcional a la cantidad de ácido nucleico que se encuentra en la célula. Al aplicar este reactivo a las células se encontró que las que pertenecían a la misma especie presentaban la misma tinción, o sea, la cantidad de ADN era constante. En el caso de aplicarla a células de distintas especies la coloración es diferente. Es decir, la cantidad es distinta entre especies diferentes. Esto constituyó una primera idea respecto a la naturaleza del material genético, aunque en esta época era fuerte la idea de que las proteínas constituían este material. A continuación se revisarán algunas de las experiencias más importantes que permitieron resolver el problema anterior. Experimento de Frederick Griffith. Este biólogo, en 1928, trabajó con la bacteria Pneumococco pneumoniae y con ratones. La bacteria es la responsable de la neumonía, que es una infección mortal en algunos casos. La bacteria presenta dos cepas: una cuya apariencia superficial es rugosa (R), y otra cuya apariencia superficial es lisa (S). La cápsula que envuelve a la bacteria es una estructura que la protege contra la acción del sistema inmune. Griffith observó que cuando una mezcla de células de la cepa lisa (S) muertas por calor y células de la cepa rugosa (R) vivas se inyectaba en ratones, una elevada proporción de éstos morían. Posteriormente, Griffith pudo aislar bacterias de la cepa lisa vivas a partir de los ratones muertos.
Como ni la cepa S muerta por calor ni la cepa R viva podían convertirse por sí mismas en la forma virulenta viva cuando se inyectaban, algo en las células muertas por calor parecía convertir a las células avirulentas a la forma letal. Se pensó que este fenómeno, llamado transformación, era causado por alguna sustancia química presente en las bacterias muertas, la cual “transformaba” una cepa relacionada en una nueva forma genéticamente estable. En 1944, O. T. Avery, C. M. MacLeod y M. McCarty identificaron químicamente como ADN el principio transformante de Griffith. Aunque en la actualidad se considera que el descubrimiento de estos científicos constituye la primera demostración de que el ADN es el material genético, no todos los científicos de ese tiempo quedaron convencidos. El argumento consistía en que algunas de las preparaciones quedaron contaminadas con proteínas, y pudieron ser la causa de los resultados. Fueron necesarias nuevas experiencias para demostrar que el ADN era el material genético. En 1952, Alfred Hershey y Martha Chase llevaron a cabo una serie de experimentos a partir de la reproducción de bacteriófagos, que son virus que infectan bacterias. El experimento desarrollado por ambos se basó en el conocimiento de la química de las proteínas y del ADN que se tenía en ese tiempo. Así, se conocía el hecho de que las proteínas contenían azufre (S) en su composición, el cual no se presentaba en el ADN. Por su parte, el ADN contenía fósforo (P) que no formaba parte de los elementos constituyentes de las proteínas. De esta forma existían dos elementos que podían diferenciar a estas dos sustancias. Por otra parte, la estructura del bacteriófago consiste en una cápsula de carácter proteico que en su interior contiene ADN. El ciclo de infección del bacteriófago consiste en la adhesión del virus sobre la bacteria para posteriormente inyectar el ADN hacia el citoplasma de la bacteria. Con estos datos dispusieron de dos isótopos radiactivos, el S35 y el P32, que marcaban proteínas y ADN respectivamente. A continuación permitieron la infección de las bacterias por parte de los bacteriófagos. Cuando finalmente analizaron la descendencia del bacteriófago, encontraron que la descendencia presentaba solamente la marca del P32. Esta experiencia es considerada como una de las evidencias más importantes para determinar el papel del ADN como material genético. Puedes encontrar más información con respecto a esta experiencia en tu libro CEPECH electivo. La próxima clase estudiaremos el modelo que explica la estructura del ADN. |
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