La Vida a Nivel Celular: Un Viaje a Través de la Biología

El Agua, Esencial para la Vida

El agua es una molécula inorgánica compuesta por los elementos químicos hidrógeno y oxígeno. Es la sustancia química más abundante en la materia viva.

Composición del Agua

• Su fórmula química es H₂O.
• Está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Presencia del Agua en los Organismos

En la materia viva, el agua se puede encontrar de tres formas:

• Agua circulante: Presente en la sangre, la savia, etc.
• Agua intersticial: Se encuentra entre las células, adherida a la sustancia intercelular (formando tejidos).
• Agua intracelular: Se encuentra en el citosol (interior de la célula) y en los orgánulos.

Polaridad del Agua

El agua es una molécula dipolar. Esto se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxígeno, creando un polo negativo donde está el oxígeno y un polo positivo donde están los hidrógenos.

Enlaces de Hidrógeno

Entre las moléculas de agua se establecen fuerzas de atracción llamadas enlaces de hidrógeno.

Características del Agua

• Elevada fuerza de cohesión entre sus moléculas: Provocada por los puentes de hidrógeno, la convierte en un líquido casi incompresible. Esto permite al agua:
  • Dar volumen a las células.
  • Actuar como esqueleto hidrostático en algunos invertebrados.
  • Comunicar rigidez y turgencia a las plantas.
• Elevada tensión superficial: Su superficie opone resistencia a ser rota, permitiendo que algunos organismos puedan flotar sobre ella.
• Elevada calor específica: Se necesita mucha energía para elevar la temperatura del agua.
• Elevada calor de vaporización: Se necesita mucha energía para que el agua pase a estado gaseoso, lo que permite que actúe como refrigerante.
• Elevada constante dieléctrica: Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, facilitando la disolución.

Funciones del Agua

• Disolvente: Su alta capacidad como disolvente la convierte en el medio donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo celular.
• Función de transporte: Muchos organismos utilizan sistemas de transporte acuosos para transportar sustancias en su interior.
• Función estructural: El volumen y la forma de muchas células dependen de la presión que ejerce el agua en su interior.
• Función mecánica amortiguadora: El agua protege órganos que podrían resultar dañados por acciones mecánicas.

Cromosomas y Ciclo Celular

Las estructuras en forma de bastón constituidas por condensaciones de la fibra de cromatina se llaman cromosomas. Pueden estar formados por una o dos cromátides, dependiendo del momento de la división celular.

Organismo Diploide

Un organismo diploide posee una doble dotación cromosómica, es decir, tiene parejas de cromosomas. Estos dos cromosomas se llaman cromosomas homólogos y contienen información para los mismos caracteres, es decir, tienen los mismos genes, aunque la información puede ser igual o diferente.

Cambios del Núcleo Durante el Ciclo Celular

• Núcleo en interfase (en reposo): Se observa la cromatina.
• Núcleo en división (mitosis o meiosis): Se observan los cromosomas.

Fases del Ciclo Celular

• Interfase o fase de crecimiento celular:
  • Fase G1: Periodo de crecimiento.
  • Fase S: Se duplica el ADN.
  • Fase G2: Continúa el crecimiento y la célula se prepara para la mitosis.
• División celular:
  • Mitosis: División del núcleo.
  • Citocinesis: División del citoplasma.

Mitosis

La mitosis es el proceso por el cual los cromosomas duplicados se distribuyen equitativamente entre las células hijas.

Meiosis

La meiosis es un proceso de división celular en el que una célula diploide da lugar a cuatro células hijas haploides.

Reino Moneras - Las Bacterias

Las bacterias son seres unicelulares muy primitivos. Su célula es procariota.

Tipos de Bacterias Según su Forma

• Cocos
• Estreptococos
• Bacilos
• Vibrios
• Espirilos

Nutrición de las Bacterias

• Heterótrofas:
  • Parásitas: Producen enfermedades.
  • Saprofitas: Descomponedoras.
  • Simbiontes: Asociadas a organismos, por ejemplo, en la digestión.
• Autótrofas: Utilizan dióxido de carbono y realizan la fotosíntesis para obtener oxígeno y materia orgánica.

Nutrición: Bacterias Simbiontes

Un ejemplo es la bacteria Escherichia coli, que vive en nuestro intestino grueso.

Nutrición: Bacterias Parásitas

Viven a expensas de otro ser vivo, al que causan daño.

La Digestión

La digestión es el proceso de transformación de los alimentos en moléculas más pequeñas mediante la hidrólisis.

Digestión Intracelular

• Los poríferos realizan la digestión intracelular en células especiales llamadas coanocitos.
• El alimento entra por los poros inhalantes y pasa a los coanocitos.
• Se produce la digestión y los residuos se expulsan.
• El agua sale por el ósculo.

Digestión Extracelular

• Se desarrolla en dos etapas: intracelular y extracelular.
• Es común en animales sencillos como cnidarios y platelmintos.
• La fase extracelular ocurre en la cavidad gastrovascular mediante la acción enzimática.
• La fase intracelular tiene lugar en el interior de las células digestivas de la gastrodermis.

Digestión Mixta

• Combina las dos etapas: intracelular y extracelular.

Tipos de Aparatos Digestivos

• Abierto: Boca y ano en diferentes orificios.
• Cerrado: Boca y ano en un mismo orificio.

Evolución de los Aparatos Digestivos en Invertebrados

• Paso de digestión intracelular a extracelular.
• Estructuras con función trituradora para la digestión mecánica previa.
• Progresión hacia dos aberturas: boca y ano.
• Regionalización progresiva del tubo digestivo.
• Aparición de glándulas digestivas.

Proceso Digestivo en Vertebrados

• La digestión es extracelular.
• El aparato digestivo es abierto, desde la boca hasta el ano.

Tendencias Evolutivas

• Digestión extracelular.
• Aparato digestivo completo.
• Regionalización del tubo digestivo.
• Glándulas anexas que fabrican enzimas digestivas.
• Musculatura lisa del tubo digestivo (peristalsis).

Estructuras del Tubo Digestivo

• Esófago: Tubo recto que transporta el alimento al estómago.
• Buche: Dilatación del esófago para almacenar alimento temporalmente.
• Molleja: Pre-estómago muscular que tritura el alimento.

Digestión de los Rumiantes

• Tienen un estómago con varias cavidades: rumen, retículo, omaso y abomaso.
• Son capaces de digerir la celulosa.

Absorción de Nutrientes

• Se produce en el intestino delgado.
• La digestión se produce por la secreción de las células intestinales y por las glándulas anejas.
• Suelen tener especializaciones para aumentar su superficie.
• Tienen bacterias simbiontes que forman la flora gastrointestinal.

Líquidos Circulatorios y Aparatos Circulatorios

Líquidos Circulatorios

• Sangre: Plasma y células sanguíneas. Pigmentos respiratorios: hemoglobina (anélidos y vertebrados).
• Hemolinfa: Pigmento respiratorio: hemocianina (moluscos y artrópodos).
• Hidrolinfa: Líquido similar al agua de mar que transporta nutrientes y residuos metabólicos (exclusivo de equinodermos).

Hidrolinfa

• Medio interno de los equinodermos.
• Composición similar al agua de mar.
• Circula a través de un sistema de tubos que conectan con los pies ambulacrales.
• Transporta nutrientes y sustancias de desecho.
• Contiene amebocitos.

Sangre en Anélidos y Vertebrados

• Contiene hemoglobina como pigmento transportador de oxígeno.

Tipos de Aparatos Circulatorios

• Abierto: El líquido circulante sale de los vasos y vierte en el hemocele (artrópodos y moluscos bivalvos y gasterópodos).
• Cerrado: El líquido circula siempre por vasos (anélidos, cefalópodos y vertebrados).

Invertebrados Primitivos

• Circulación abierta.

Aparato Circulatorio en Anélidos

• Circulación cerrada.
• Arcos aórticos que envían la sangre a un vaso ventral.
• El líquido circulatorio puede tener distintos pigmentos.

Aparato Circulatorio en Moluscos Bivalvos y Gasterópodos

• Sistema circulatorio abierto.
• La hemolinfa sale a lagunas hemocélicas (hemocele) que bañan los órganos internos.
• Corazón tubular.

Aparato Circulatorio en Cefalópodos

• Tienen un corazón sistémico y dos corazones branquiales.
• El corazón sistémico recibe sangre de las branquias y la bombea a los órganos.
• La sangre regresa al corazón sistémico a través de las venas y los corazones branquiales.

Aparato Circulatorio en Artrópodos

• Circulación abierta.
• Los pigmentos pueden ser hemoglobina o hemocianina.
• Los artrópodos con respiración traqueal (insectos) no transportan gases en la hemolinfa.
• Tienen un vaso dorsal contráctil con cavidades que actúa como un corazón.

La Respiración

Respiración sin Aparato Respiratorio

• Presente en animales pequeños, con una gran relación superficie/volumen y con pocas necesidades energéticas.
• Intercambio de gases por difusión directa.
• Ejemplos: esponjas, cnidarios, platelmintos, nemátodos y algunos anélidos (lombrices, sanguijuelas).

Respiración Pulmonar

Inspiración

• Permite que el aire (oxígeno) fluya hacia los pulmones.
• Los músculos se contraen.
• Las costillas se elevan.
• El diafragma se contrae y tira hacia abajo de los pulmones.
• La caja torácica aumenta de volumen.

Espiración

• El aire (dióxido de carbono) sale de los pulmones al exterior.
• Los músculos se relajan.
• Las costillas bajan.
• El diafragma se relaja.
• La caja torácica disminuye su volumen.

Intercambio de Gases

• Externa: Intercambio de gases entre el medio y el organismo.
• Interna, celular o metabólica: Reacciones oxidativas en la mitocondria.

Gametogénesis y Ciclo Menstrual

Gametogénesis

La gametogénesis es el proceso de formación de gametos (espermatozoides y óvulos) a partir de las células germinales en las gónadas (testículos y ovarios). Estas células diploides se dividen por meiosis, dando lugar a células haploides que al madurar se convierten en gametos.

Etapas de la Gametogénesis

1. Fase de proliferación
2. Fase de crecimiento
3. Fase de maduración
4. Fase de diferenciación

Espermatogénesis

La espermatogénesis tiene lugar en los tubos seminíferos de los testículos.

1. Fase de proliferación: Las células germinales producen espermatogonias por mitosis durante el desarrollo embrionario.
2. Fase de crecimiento: Algunas espermatogonias se convierten en espermatocitos primarios (2n).
3. Fase de maduración: Los espermatocitos primarios sufren la primera división meiótica, dando lugar a dos espermatocitos secundarios (n). Tras la segunda división meiótica, se originan cuatro espermátides (n).
4. Fase de diferenciación o espermiogénesis: Las espermátides se transforman en espermatozoides (n). El aparato de Golgi forma el acrosoma y el centríolo origina los microtúbulos del flagelo.

Ovogénesis

La ovogénesis tiene lugar en los folículos primordiales de los ovarios.

1. Fase de proliferación: Durante el desarrollo embrionario, las células germinales producen ovogonias diploides (2n) por mitosis.
2. Fase de crecimiento: Al nacer, cada hembra tiene un número determinado de ovogonias que aumentan de tamaño y acumulan vitelo, transformándose en ovocitos primarios (2n). Estos comienzan la profase I meiótica y se detienen hasta la pubertad. El ovocito queda envuelto por una capa de células que forman el folículo primario.
3. Fase de maduración: En la pubertad, durante el ciclo menstrual, un ovocito primario finaliza la primera división meiótica, originando un ovocito secundario (n) y un primer corpúsculo polar (n). En la segunda división meiótica, el ovocito secundario se detiene en la metafase II, completándose si hay fecundación y convirtiéndose en una ovótida y otro corpúsculo polar. Si no hay fecundación, el ovocito secundario se degenera.
4. Fase de diferenciación: La ovótida sufre pocos cambios para convertirse en un óvulo maduro.

Ciclo Menstrual

El ciclo menstrual es un fenómeno de la madurez sexual de la mujer que dura de 3 a 5 días y se repite cada 27 a 32 días. Está regulado hormonalmente por la hipófisis (FSH y LH) y los ovarios (estrógenos y progesterona).

Fase Folicular

• Comienza con la menstruación.
• La hipófisis segrega FSH, que estimula el desarrollo de un folículo ovárico.
• El folículo segrega estrógenos, que hacen que el endometrio se engrose.
• A mitad del ciclo se produce la ovulación.

Fase Luteínica

• Dura entre 13 y 14 días.
• Se forma el cuerpo lúteo a partir del folículo vacío.
• El cuerpo lúteo segrega progesterona, que prepara al endometrio para la implantación del embrión.
• Si no hay fecundación, el cuerpo lúteo se degenera y se produce la menstruación.
• Si hay fecundación, el cuerpo lúteo se mantiene y secreta progesterona durante el embarazo.