INTRODUCCIN A LOS PROCESOS BIOQUMICOS CELULARES

INTRODUCCIN A LOS PROCESOS BIOQUMICOS CELULARESCurso de Induccin Enero 2015VEPM.C. Laura Escobedo MoralesTema 1. Introduccin a la BioqumicaFundamentos celulares.Composicin qumica.Fundamentos genticos.Fundamentos evolutivos.Seres vivos y energa.

VIDAEn el latn es donde se encuentra el origen etimolgico de la palabra vida. Concretamente procede del vocablo vita, que a su vez emana del trmino griego bios. Todos ellos significan precisamente vida.Estado de actividad de los seres orgnicosy lafuerza internaque permite obrar a aquel que la posee. Capacidad de un ser fsico de administrar sus recursos internos para adaptarse a los cambios que se producen en su medio.

La extraordinaria variedad de los seres vivos

Constitucin de los seres vivosLos seres vivos estn constituidos bsicamente por carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, fsforo y azufre. Estos elementos qumicos se llaman bioelementos.Los bioelementos se asocian formando biomolculas, como los azcares, las grasas, las protenas y los cidos nucleicos.Estas molculas de la materia viva se llaman tambin principios inmediatos, puesto que, como slo se encuentran en los seres vivos, se cree que sin ellos no puede constituirse la materia viva.

Caractersticas de los seres vivosSeres vivos: nacen, crecen, se reproducen y mueren. Adems intercambian materia, energa e informacin con el medio que les rodea.Qu es la vida? Una propiedad que no se puede definir ni medir. Algunas de sus manifestaciones pueden ser medidas, otras solo observadas.Las manifestaciones de la vida que se pueden medir son objeto de estudio de la Bioqumica.Un ser vivo procede de otro ser vivo, no puede haber vida a partir de materia inanimada.

Animales domsticos

Investigar:Animales domsticos y biodiversidad, documento FAO.Elegir un animal, describir su clasificacin taxonmica e importancia como especie domsticahttp://www.fao.org/docrep/V8300S/v8300s07.htm

Bioqumica: definicin y principiosLa Bioqumica es la ciencia que estudia los seres vivos a nivel molecular mediante tcnicas y mtodos fsicos, qumicos y biolgicos.

Objeto de estudio de la Bioqumica: las sustancias qumicas constituyentes de los seres vivosSeparacin y caracterizacin.En qu concentracin se encuentran?Cules son sus propiedades?Cmo y porqu se transforman?Cmo obtienen la energa y la utilizan?Porqu son estructuras muy ordenadas?Cmo se transmite la informacin gentica?Cmo se expresa y controla la informacin gentica?

Tcnicas ms utilizadas en la investigacin Bioqumica Tcnicas de separacin: electroforesis, cromatografa.Tcnicas analticas: espectrometra, fluorimetra, difraccin de rayos X, resonancia magntica nuclear (RMN)Fundamentos celularesClulas procariotas y eucariotasTres dominios en los seres vivosFottrofos y quimitrofosCitoesqueletoComplejos macromoleculares

Taxonoma o sistemticaEn la actualidad existen unos dos millones de tipos diferentes de seres vivos. Dada esta enorme diversidad, para estudiarlos se ha necesario reunirlos en grupos, segn sus semejanzas y orgenes.La ciencia encargada de la clasificacin de los seres vivos se denomina Taxonoma, y los grupos de seres vivos que establece se llaman taxones.Los principales taxones son: reino, tipo, filo o divisin, segn se trate de animales o de plantas, clase, orden, familia, gnero, especie y raza.En este sistema de clasificacin, un reino engloba todos los tipos que son parecidos, un tipo abarca todas las clases que son parecidas, y as sucesivamente.Por otra parte, y si es necesario, se introducen subgrupos, como son, por ejemplo, el subtipo, la superclase, la subclase, etc.

CLASIFICACIN DE LOS ORGANISMOS VIVOS: 5 REINOSrbol filogentico de la vida: 3 dominios

Especie:Una especie es un conjunto de individuos que proceden de antecesores comunes y que son capaces de reproducirse entre s y de dar lugar a una descendencia frtil.

Esto ltimo es importante: el cruce de asno y caballo da lugar a un animal hbrido denominado mulo o mula, que es estril; por lo que el asno y el caballo no son dos razas de una misma especie, sino dos especies diferentes. Si escogiramos dos razas de perros, al cruzarlos se obtendra otro perro, frtil.NomenclaturaNomenclatura binominal, inventada por Linneo en 1.758. En la nomenclatura binominal cada especie se denomina con dos nombres en latn o nombre cientfico, el primero para designar el gnero o nombre genrico, y el segundo para designar la especie o nombre especfico. El primer nombre se escribe con maysculas y el segundo con minsculas. Se debe utilizar siempre un tipo de letra diferente del usual, o bien se subraya o se pone en cursiva el nombre.Si es preciso, se aade el nombre del cientfico que descubri la especie, seguido del ao en que lo hizo. Por ejemplo, el nombre cientfico del mejilln es Mytilus edulis, Linneo 1.758.

El uso de los nombres cientficos en latn no es una complicacin innecesaria, sino algo imprescindible, ya que los nombres vulgares varan de una regin a otra. As, por ejemplo, el pez Engraulis encrasicholus se denomina en castellano boquern, anchoa y bocarte; en cataln, anxova, seit y alodroc; en vasco, bokarta; en francs, anchois; en alemn, Sardelle, etc. En cambio, el nombre latino de dicho pez es el mismo en todo el mundo.Organizacin estructural animalNiveles:Qumico: tomos (C, H, O, N, Ca, K, Na) y molculas (protenas, carbohidratos, grasas y vitaminas) esenciales para mantenimiento de la vida.

Celular: Unidad estructural y funcional bsica.

Tisular: Tejidos, grupos de clulas similares.

Sistmico: Diferentes rganos unidos para desempeo de una funcin. A nivel de la organizacinPartculasubatmica

tomoMolculaSustancias QumicasSustanciasOrgnicasSustanciasInorgnicasClula

Tejido

MATERIA VIVIENTE: ConceptoLa materia viviente, es una estructura fsicoqumica en estado coloidal, tiene la caracterstica de ser glutinosa, granulosa, viscosa, semilquida, es insoluble en agua, se pega a las agujas de diseccin y se estira como el mucos, es decir la materia viva es el Protoplasma.El protoplasma es el constituyente esencial de la clula viva y el punto de partida de toda evolucin, se compone principalmente de protenas, lpidos, hidratos de carbono y sales minerales. Propiedades:Conserva su formaReproduce su propia materiaCumple el ciclo vital, marcando etapas desde su origen hasta su desintegracin.Reacciona antes los estmulos, como la irritacin, la movilidad y la contractilidad.

Teora de la evolucinTodos los organismos vivos son frutos de la evolucin de innumerables generaciones de antepasados, esta teora fue planteada por Lamarck (1810) y desarrollada por Darwin. La teora de la Evolucin plantea, que los organismos actuales son producto de una compleja evolucin a travs del tiempo y a partir de formas ms simples; se ha demostrado que todos los organismos vivos poseen una estructura bioqumica muy parecida.

Teora celularLa clula es la unidad mnima de los organismos pluricelulares, porque es la menor estructura biolgica que usa y transforma su propia materia, conserva la forma, se irrita y responde ante los estmulos, es decir cumple con todas las funciones vitales y adems forma a los tejidos, stos a los rganos y sistemas de rganos.

La clulaLa clula es una porcin de protoplasma rodeado por una membrana celular, organelos citoplasmticos en su interior y con un corpsculo denominado ncleo. Con todos estos elementos la clula est capacitada para realizar sus funciones vitales siempre que el medio donde se encuentre proporcione las condiciones para que se desarrolle.

CLULA VEGETAL

CLULA ANIMAL

Clulas Procariotas y Eucariotas: aspectos comparativos

EUCARIOTAS

Morfologa y volumen celularEn un organismo multicelular las clulas adquieren formas y estructuras variadas a pesar que en su inicio tienden a ser esfricas y de hecho surgen de una clula esfrica como es el huevo o cigoto.Las clulas pueden variar su morfologa por adaptaciones funcionales, las clulas que desarrollan funciones diferentes difieren en su morfologa y esto est dado por la relacin estrecha entre estructura y funcin.

Tensin superficial: Las clulas que se encuentren suspendidas en un medio lquido tienden a ser esfricas, porque las fuerzas que se ejercen sobre ellas por todos los puntos de contacto es la misma por eso no se deforman, adems ese medio tiene la concentracin inica ideal para que las clulas no cambien la forma.Viscosidad del protoplasma: Influye en la forma de las clulas, a mayor viscosidad ms fcil de adoptar diferentes formas.Rigidez de la membrana citoplasmtica: A mayor rigidez ms difcil de moldear la clula.La accin mecnica que ejercen clulas contiguas o en capas: Este factor est influenciado por la viscosidad del protoplasma y la rigidez de la membrana, las clulas que se encuentran muy unidas y en capas reciben la accin de las clulas vecinas que la comprimen, pudiendo presentar varios lados.Adaptaciones funcionales: Este factor influye grandemente en las formas de las clulas y est relacionado por la unidad estrecha que existe entre estructura y funcin; por ejemplo, una clula muscular que tiene como funcin principal la de producir movimientos organizados y dirigidos mediante la contraccin y relajacin, mientras ms larga sea mayor ser la eficiencia en la contraccin, por eso es que las clulas musculares son largas fibras. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MORFOLOGA CELULAR:

Morfologas celularesAplanadas: donde las clulas son ms anchas que altas, el ncleo es esfrico y el citoplasma no sobrepasa su altura, sino que se dispone lateralmente.Cbicas: el citoplasma se distribuye uniformemente alrededor de su ncleo que es esfrico y central, representa las mismas dimensiones en altura, largo y ancho.Cilndricas o prismticas: la clula es ms alta que ancha, su ncleo es ovoides y ligeramente basal con citoplasma supranuclear.Fusiformes: son clulas alargadas, ligeramente abultadas en el centro lugar donde se encuentra el ncleo, tienen forma de huso.Estrelladas: son clulas que emiten prolongaciones citoplasmticas generalmente presentan ncleo esfrico, ejemplo de este tipo lo representan los astrocitos y las neuronas multipolares.Esfricas: son clulas redondeadas, con variadas morfologas nucleares.Alargadas: clulas muy largas en forma de fibras, ejemplo, la fibra muscular estriada esqueltica.Polidricas: son clulas que por estar relacionadas unas con otras presentan varios lados, ejemplo, las clulas de los estratos profundos de la epidermis.Piramidales: son clulas que presentan la base ms ancha que su vrtice,ejemplo, las clulas de los acinus pancreticos.

Volumen celularEl volumen celular oscila entre amplios lmites. Puede variar de micras a centmetros.El volumen de las clulas es constante para un tipo celular dado e independiente del tamao del individuo ni la especie animal, siempre y cuando stas realicen la misma funcin. Propiedades fisiolgicas de las clulas1. Irritabilidad: Todas las clulas son sensibles a la estimulacin, por lo que manifiestan determinada respuesta ante el estmulo, que puede ser de diferente intensidad.2. Conductibilidad: La clula estimulada conduce una onda de excitacin a lo largo de su protoplasma, esta propiedad es inherente a todas las clulas pero tambin es ms intensa en las neuronas.3. Contractilidad: Una clula estimulada se acorta en alguna direccin, la intensidad y grado de la contraccin es variable, existen clulas que se especializan para la contraccin ms eficiente funcionalmente este es el caso de las fibras musculares.4. Absorcin: Las clulas vivas estn capacitadas para captar sustancias e introducirlas en su interior y asimilarlas. Existen clulas altamente especializadas en esta funcin como los enterocitos.5. Asimilacin: Es la propiedad utilizar las sustancias absorbidas para el mantenimiento de sus funciones.6. Secrecin: Las clulas pueden elaborar sustancias y secretarlas fuera de sus lmites. Existen clulas en el organismo que sus estructuras se especializan en esta funcin, como los glandulocitos.7. Excrecin: Cuando las clulas eliminan sus desechos exportndolos fuera de sus estructuras.8. Respiracin: Las clulas captan O2 y lo utilizan para oxidar sustancias, obteniendo energa y liberando CO2.9. Crecimiento: El crecimiento requiere que la sntesis de protenas sea ms intenso que la prdida de la misma, las clulas no aumentan mucho su superficie vital porque se hacen ineficaces, ya que sus partes externas quedan alejadas de las fuentes de energa de la propia clula, las clulas crecen ms en nmero que en volumen individual, llamndosele a este fenmeno proliferacin celular. Las clulas diploides que se obtienen como resultado de la divisin celular (G1), aumentan en masa hasta adquirir el tamao de la clula originar (clula madre).10. Reproduccin: Las clulas tienen la propiedad de reproducirse mediante la divisin celular, de esta forma se sustituyen las clulas caducas y adems se aumenta el nmero de ellas, y recuperan su capacidad funcional.

Composicin qumica de la clulaElementos inorgnicos y orgnicos: las estructuras observadas al microscopio son reflejos de la ordenacin de los compuestos qumicos.En el protoplasma se revela la siguiente composicin qumica:AguaSales mineralesCompuestos orgnicosEl agua: Es un constituyente absolutamente esencial de la materia viva, generalmente est unida a grupos ionizados de protenas, pero tanto el agua libre como la combinada estn ntimamente relacionadas con el mantenimiento del estado coloidal del protoplasma.El agua y la materia orgnica de la clula forman una unidad inseparable o un sistema que determina su organizacin y funcinElementos inorgnicos: Sales minerales: Las sales contribuyen al balance inico, necesario para una gran variedad de procesos fisiolgicos. La mayora de los elementos de la tabla peridico desempean algn papel en los organismos vivos:Carbono (C): La qumica celular se basa en los componentes del carbono. El enlace covalente de l con otros elementos permiten un elevado nmero de compuestos, estructura a los hidratos de carbono, protenas y lquidos. Calcio (Ca): Interviene en la integridad de muchas estructuras celulares, en la activacin de reacciones qumicas y en la contraccin muscular.Magnesio (Mg): Es activador de muchas reacciones enzimticas al igual que el manganeso.El hidrgeno, Nitrgeno, Potasio y el Fsforo junto con el Carbono son indispensables para la formacin de lpidos, glcidos, protenas y cidos nucleicos.El Sodio, Cloro y Potasio forman soluciones salinas.El Fsforo interviene en la transferencia de energa.El Yodo estructura las hormonas yodadas y ciertas protenas.El Azufre interviene en los enlaces entre cadenas peptdicas en las protenas.El Hierro estructura el ncleo pirrlico de la hemoglobina.El Boro, Silicio, Cobalto, Cobre, Zinc y Molibdeno son indispensables para el funcionamiento de las enzimas.El Oxgeno, junto al Hidrgeno estructura al agua y est presente en todos los compuestos orgnicos y es el responsable de la respiracin celular.Las sales minerales no slo estn presentes en el interior de las clulas sino tambin en el lquido intersticial. Estas sales pueden presentarse combinadas con protenas, glcidos o lpidos, o libres que puedan estar disociadas o ionizadas por el agua.Compuestos orgnicosHidratos de carbono: Compuesto por Carbono, Hidrgeno y Oxgeno. La glucosa es el principal compuesto alimenticio de muchas clulas. Unas series de reacciones oxidativas conducen desde ella hasta varios derivados ms pequeos y finalmente hasta CO2 y H2O. En el transcurso de su degradacin se genera energa y poder reductor, ambos esenciales para las reacciones de biosntesis de la clula. La glucosa se almacena en forma de glucgeno en el hgado y en los msculos. Los azcares no slo se utilizan como energa sino que forman tambin importantes estructuras extracelulares como la celulosa, glucoprotenas y glucolpidos.Protenas: compuestas por C, H, O, y N y algunas adems por S, P e I. Las protenas estn formadas por aminocidos e intervienen en la reconstruccin celular.Lpidos: Estructuran a las membranas de las clulas, adems de tener funciones de termorregulacin y energtica. Dentro de ellos tenemos:glicridos, esteroides, fosfolpidos, caratenoides, cerebrsidos, etc.cidos nucleicos: Estn constituidos por hidratos de carbono (pentosa), que al conjugarse con bases nitrogenadas (pricas o pirimdicas) y cido ortofosfrico dan lugar al cido nucleico. En dependencia del tipo de pentosa se describen dos tipos de cidos nucleicos: cido desoxirribonucleco (ADN) y cido ribonucleco (RNA)Enzimas: Favorecen el estado coloidal de las clulas y son catalizadores especficos para un sustrato. Son compuestos protenicos.Vitaminas: No son sintetizadas por la clula animal, son productos de las clulas vegetales y de las bacterias. Su presencia en la clula animal reviste gran importancia pues su dficit o falta provoca graves trastornos metablicos.Hormonas: Son sintetizadas por grupos de clulas de secrecin interna y regulan el funcionamiento orgnico.Nucleoprotenas: Estn formadas por el cido nucleico unida a una protena simple (histonas o protaminas), determinan la mayor parte del material slido del ncleo porque forman y estructuran a los cromosomas.Membrana citoplsmica:La membrana celular, citoplasmtica o plasmolema, est situada en el lmite externo de la clula. Es una estructura comn para la clula vegetal y animal, tiene la caracterstica de ser muy fina (aprox. 0.01-0.02 Mm) por lo que no se observa al microscopio de luz, es flexible y regula la entrada y salida de sustancia a la clula.

Composicin qumicaEst compuesta por cerca de un 40% de lpidos (puede llegar a 42 % de ello 25 % de fosfolpidos, 13 % de colesterol y 4 % de otros lpidos), cerca de un 60% (puede estar alrededor del 55 %) de protenas y aproximadamente un 1% (en algunas clulas puede llegar a un 3 %) de hidratos de carbono. A los lpidos de la membrana pertenecen un gran grupo de sustancias orgnicas como son los fosfolpidos (glicerofosfatos), esfingomielinas y el colesterol; estos lpidos se sitan en dos capas, una capa de lpidos tiene dos partes: la cola no cargada (apolar) y la cabeza cargada (polar).Funciones del plasmolema1. Delimita el citoplasma del medio exterior.2. Transporte de diferentes sustancias tanto hacia la clula, dentro de ella o hacia fuera de la misma.3. Realiza transporte pasivo del agua, los iones y sustancias de bajo peso molecular, algunas protenas que median el transporte pasivo forman canales acuosos, donde los solutos atraviesan la bicapa por simple difusin. La difusin facilitada es otro mecanismo que se realiza mediante la unin de la protena al soluto y la transparencia a travs de su membrana.4. Transferencia activa de sustancia contra el gradiente de concentracin, con gasto de energa a expensa de la disociacin de ATP y mediadas por enzimas, por lo tanto se transfiere muchas sustancias orgnicas como azcares, aminocidos, etc., estos procesos pueden estar asociados al transporte de iones, en el cual participan protenas portadoras especiales. Mediante la bomba de sodio y potasio se facilita el transporte de diferentes sustratos como por ejemplo la glucosa.5. Endocitosis: Transporte de macromolculas, mediante vesculas rodeadas de membrana, este transporte se puede realizar de dos formas: por fagocitosis cuando captura y absorbe grandes partculas, por ejemplo bacterias, restos celulares, etc. Y por pinocitosis cuando la membrana absorbe lquidos o solutos formando pequeas vesculas.6. Exocitosis: Es la expulsin de sustancias elaboradas por las clulas fuera de sus lmites, como los productos intracelulares (protenas, mucopolisacridos, gotas de grasa, etc. ) dentro de vesculas que se acercan a la membrana fusionndose con esta y de esa forma se vierten los contenidos de esas vesculas al exterior de la clula.7. Receptora: Se relaciona con la localizacin de estructuras especiales que participan en el reconocimiento especfico de los factores fsico-qumicos que hacen contacto con ellos, donde intervienen el glicocaliz y las protenas de la membrana.

TAREA INVESTIGAR:Las funciones de los principales organelos celularesConceptos:MucosaSubmucosaAdventiciaSerosaEstromaParnquimaHiliorgano

Cromosomas:Son organizaciones nucleoprotecas, que radican en el ncleo, responsables de la transmisin de caracteres hereditarios.Estructura: Cada cromosoma est formado por dos componentes simtricos, las cromtides, excepcionalmente se pueden encontrar cromosomas con cuatro cromtides (en el perodo S de la interfase y hasta la metafase de la mitosis). Cada cromtide contiene una sola molcula de ADN estructurando una serie de dominios en forma de bucles enrollados en una hlice.

CONCEPTO DE HISTOLOGAEs la ciencia que estudia la microestructura, el desarrollo y la actividad vital de los tejidos de los organismos vivos. Siendo los tejidos, su objeto fundamental de estudio.La tarea de la Histologa consiste no slo en describir la microestructura de las clulas, los tejidos y rganos, sino tambin en establecer las relaciones entre los mismos y la correspondencia entre estructura y funcin.JUSTIFICACIN:La Histologa ocupa un lugar importante en la enseanza del Mdico Veterinario porque aporta las bases para el enfoque estructural, funcional y cientfico con respecto al anlisis de la actividad vital del organismo en estado normal y patolgico.Figure 1-1HISTOLOGAtomosMolculasClulasTejidosrganosSistemas De rganosOrganismoPoblacin (especie)Ecosistema( distintas especies)BiosferaQUIMICABIOLOGIA MOLECULARFISIOLOGIAECOLOGIA LA ESPECIALIZACIN CELULAR

La especializacin de una clula supone: Realizar un trabajo determinado. Desarrollar una forma caracterstica. Producir cambios en su citoplasma relacionados con la diferente actividad de los distintos orgnulos que posee.

Las clulas especializadas se organizan en tejidos. Un tejido es un conjunto de clulas diferenciadas y especializadas en una funcin. Tejido animalEs un sistema compuesto filogenticamente por clulas y estructuras acelulares, que se desarrollan de determinados esbozos embrionarios.Asociacin de clulas homlogas y homogneas, diferenciadas de modo exclusivo y capaces de realizar una actividad determinada en dependencia de la sustancia intercelular por ellas elaborada.

Durante el desarrollo embrionario se forman cuatro tipos de tejidos:

Clasificacin