Semana 04: Membrana Celular 2012

Descarga las preguntas del Seminario 04: Membrana Celular para los grupos 01B y 02B; así como la lectura obligatoria "Dinámica aun estructurado: La membrana celular, tres décadas después del modelo Singer-Nicolson". 

Sem04-MembranaCelular

Guía de Seminarios de Biología Celular y Molecular 2012 - Medicina USMP Filial Norte

La guía de seminarios del curso de Biología Celular y Molecular tiene como objetivo fomentar en el estudiante la lectura científica y el razonamiento de casos prácticos y reales relacionados con las bases teóricas.

Esta guía reúne una lista de preguntas relacionadas con cada tema expuesto en la conferencia magistral teórica. Dichas preguntas serán resueltas por los alumnos durante cada sesión de seminarios, con la tutoría del profesor y valiéndose de la bibliografía recomendada en el syllabus y sugerida por cada profesor así como de información actualizada reunida por el alumno. Al final de cada seminario el alumno debe ser capaz de razonar y resolver cuestionamientos aplicativos similares a los desarrollados en el seminario.

Guía de Seminarios de Biología Celular y Molecular 2012 - Medicina USMP Filial Norte

Guía de Prácticas de Biología Celular y Molecular 2012 - Medicina USMP Filial Norte

La biología es la ciencia de la vida que estudia la estructura y función de los organismos vivos y sus componentes. Las aplicaciones de la investigación básica en biología molecular son numerosas, desde la tecnología para trasplantar corazones, manipular genes, diseñar fármacos contra microorganismos patógenos hasta actividades como incrementar la producción mundial de alimentos.

La guía de prácticas del curso de Biología Celular y Molecular tiene como objetivo entrenar al estudiante en los procedimientos de laboratorio y desarrollar su pensamiento científico, de manera que lo lleve a comprender los términos básicos de la Biología Molecular.

El estudiante debe emplear esta guía en cada práctica de laboratorio y estar informado sobre la práctica que se llevará a cabo en cada sesión, anticipadamente.

Guía de Prácticas de Biología Celular y Molecular 2012 - Medicina USMP Filial Norte

Sílabo Biología Celular y Molecular 2012 - USMP FN

La Biología Celular y Molecular es una disciplina científica en pleno desarrollo y la asignatura busca brindar información actualizada, integral y organizada de la estructura y composición química de la Célula. Las células constituyen las unidades estructurales y funcionales básicas de los organismos, donde se realizan las reacciones vitales para dar origen a la vida. Se busca que el alumno alcance un buen nivel de comprensión de la integración, interdependencia de las biomoléculas, compartamentalización celular y funcionamiento de las organelas celulares.

La asignatura, es de naturaleza teórico-práctica y está dividida en tres unidades temáticas: 

• Origen de la Vida. La célula. Biomoléculas. Membrana Biológica. 
• Procesos celulares. Organelas. División celular
• Ácidos Nucleicos. Flujo de la información genética. Biología molecular aplicada.

Sílabo de Biología Celular y Molecular - Medicina USMP Filial Norte

Guía de Seminarios (Sem 10) de Biología Celular y Molecular 2011 - Filial Norte USMP

Seminario de la semana 10. ADN Mitocondrial, Mitocondriopatías y sus aplicaciones en Medicina Forense. Incluye los dos artículos de referencia.

Sem10Biol-Mitocondriopatias

Guía de Seminarios (Sem 6-8) de Biología Celular y Molecular 2011 - Filial Norte USMP

Aquí te entregamos el Complemento de la Guía de Seminarios de Biología Celular y Molecular, correspondientes a las Semanas 6 al 8.


Guia Seminarios Biologia - Sem6-8

La Teoría Endosimbiótica

El hombre  desde  tuvo la capacidad de pesar y de razonar, se empezó a preguntar  ¿Qué es vida? ¿Cómo  se origino es ser humano? ¿Por quién fuimos creados?; siendo esto lo que le motivo a buscar soluciones a sus interrogantes, lo  intento solucionarlo mediante  diversas explicaciones como: religiosas, mitológicas y científicas, a partir de estas últimas han surgido diversas teorías y otras han sido descartadas.

Teoría Endosimbiótica

 Diversas teorías tratan de explicar el origen de la vida a través de diversas  hipótesis sobre la aparición del hombre en la tierra, como que fuimos creados por un   Dios (origen divino), que los seres vivos se han formado en la tierra pero en diferentes condiciones que las actuales, o que venimos de  otros planetas, ente  otros.

CREACIONISMO. Una de las primeras teorías que trato de explicar el origen de la vida fue el creacionismo (fabismo). Esta considera que fuimos creadas por un Dios a su imagen y semejanza,  que somos seres inmutables que no hemos evolucionado a  través del tiempo. Debido a que dicha teoría no se puede demostrar científicamente, no cuenta con el respaldo de la ciencia.

GENERACIÓN ESPONTÁNEA. Es una teoría antigua que perduro por muchos siglos y que fue apoyada por reconocidos  filósofos como  es Aristóteles. Esta teoría se fundamenta  en que la vida (animal y vegetal) se origino a partir de la materia inerte (el barro, el agua, ropa sucia). Aristóteles propuso el origen espontáneo para gusanos, insectos, y peces a partir de sustancias como él roció, el sudor y la humedad. Según él, este proceso era el resultado de interacción de la materia no viva, con fuerzas capaces de dar vida a lo que no tenía. A esta fuerza la llamo ENTELEQUIA.

La idea de la generación espontánea de los seres vivos, perduro durante mucho tiempo. En 1667, Johann B, van Helmont, medico holandés, propuso una receta que permitía la generación espontánea de ratones: "las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas, y gusanos, son nuestros huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos.

Algunos científicos no estaban conformes con esas explicaciones y comenzaron a someter a la experimentación todas esas ideas y teorías. Francisco Redi, médico italiano, hizo los primeros experimentos para demostrar la falsedad de la generación espontánea.

PANSPERMIA (semilla en todas partes) fue introducida en el siglo XIX por Svant August Arrhenius. Según esta, la vida llego a la Tierra en forma de esporas y bacterias provenientes del espacio exterior que, a u vez, se desprendieron de un planeta en la que existían. Dos argumentos se opone a  esta teoría  que son: El conocimiento de que las condiciones del medio interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida. Además, se sabe que cuando un meteorito entra en la atmósfera, se produce una fricción que causa calor y combustión destruyendo cualquier espora o bacteria que viaje en ellos. Y tampoco soluciona el problema del origen de la vida

ORIGEN QUÍMICO. La teoría más aceptada es la del origen químico el ruso A. Oparin y el inglés Haldane en 1923. Siendo Oparin el primero en proponer su hipótesis que la vida se había formado en la Tierra primitiva, en unas condiciones que no encontramos en la actualidad. La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H2O), metano (CH4), amoniaco (NH3), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del sol. Otra característica de esta atmósfera es que carecía de oxigeno libre necesario para la respiración. También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condeno y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieran al actual.

El experimento de Miller en la década del 50, que bajo la dirección de Urey, este simuló en un balón de vidrio la atmósfera primitiva con la mezcla de gases y la sometió a descargas eléctricas, con lo que comprobó presencia de compuestos orgánicos. Después de hacerse formado las condiciones propicias para la vida se prosiguio a la formación de coacervados, pero ¿que eran los coacervados?, eran gotitas de unas gotitas formadas por diferentes polímeros en soluciones acuosas. Estos polímeros estarían formados por combinaciones de proteínas, azucares, lípidos y ácidos nucleídos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas.

Oparin demostró que en el interior de un coacervado ocurren reacciones químicas que dan lugar a la formación de sistemas y que cada vez adquieren mayor complejidad. Las propiedades y características do los coacervados hacen suponer que los primeros sistemas precelulares se les parecían mucho.

Los sistemas precelulares similares a los coacervados sostienen un intercambio de materia y energía en el medio que los rodea. Este tipo de funciones también las realizan las células actuales a través de las membranas celulares. Debido a que esos sistemas precelulares tenían intercambio con su medio, cada vez se iban haciendo más complejos, hasta la aparición de los seres vivos.

Esos sistemas o macromoléculas, a los que Oparin llamó PROTOBIONTES, estaban expuestos a las condiciones a veces adversas del medio, por lo que no todos permanecieron en la Tierra primitiva, pues las diferencias existentes entre cada sistema permitían que solo los más resistentes subsistieran, mientras aquellos que no lo lograban se disolvían en el mar primitivo, el cual ha sido también llamado SOPA PRIMITIVA. Después, cuando los protobiontes evolucionaron, dieron lugar a lo que Oparin llamo EUBIONTES, que ya eran células y, por lo tanto, tenían vida. Según la teoría de Oparin – Haldane, así surgieron los primeros seres vivos.

Estos primeros seres vivos eran muy sencillos, pero muy desarrollados para su época, pues tenían capacidad para crecer al tomar sustancias del medio, y cuando llegaban a cierto tamaño se fragmentaban en otros más pequeños, a los que podemos llamar descendientes, estos conservaban muchas características de sus progenitores.

Estos descendientes iban, a su vez, creciendo y posteriormente también se fragmentaban; de esta manera inicio el largo proceso de evolución de las formas de vida en nuestro planeta

TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA

Lynn Margulis, bióloga americana del evolucionismo

Lynn Margulis una destacada bióloga estadounidense, considerada una de las principales figuras del evolucionismo numerosos trabajos en el campo del evolucionismo destaca, por describir un importante hito en la evolución, su teoría sobre la aparición de las células eucariotas como consecuencia de la incorporación simbiótica de diversas células procariotas (endosimbiosis seriada). Se dice  endosimbiosis a la asociación en la cual un organismo habita en el interior del otro.

La mayoría de las teorías científicas pasan por una penosa historia de rechazos hasta que se aceptan por la comunidad. La Teoría de la Endosimbiosis Serial (SET) no fue una excepción. Pero Margulis no sólo se dedica a generar conocimiento científico sino que también realiza una importante tarea de divulgación.

Lynn Margulis,   atraída por el mundo bacteriano  en donde  sólo  era importante en su faceta médica. Así intuye por primera vez su teoría, que se publicó, tras quince rechazos, en 1966 en el Journal of Theoretical Biology (firmando como Lynn Sagan). Siguió, no obstante, documentándose hasta la publicación, también tras algún rechazo, de un libro. Y en la actualidad, avalada ya por modernas técnicas de Biología Molecular, se enseña en todos los libros de texto.

Antes  de esta publicación se creía que el origen de la célula eucariota era producto de un cambio gradual en la disposición, comportamiento y naturaleza de las membranas celulares.

Sin embargo, debido  a la escasa información que había en aquel entonces  que sostuviera tal modelo.  Pero Lynn Margulis no estaba de acuerdo, inspirada en las ideas del biólogo ruso Konstantin Mereschkowski, de inicios del siglo XX, propuso un modelo alternativo y muy heterodoxo en aquel entonces. 

Lo suficientemente radical como para que tuviera bastante dificultades a la hora de ser publicado. Pero no se escudó en vaticinios o en promesas de futuro. Sino que se dedicó a formular críticas contra varios modelos prevalecientes de la Biología de aquel entonces, al mismo tiempo que formulaba un nuevo modelo, que a su vez también amparaba con pruebas verificables y contrastables fácilmente.

Básicamente lo que la Teoría de la Endosimbiosis Serial (SET) nos viene a decir es que las modernas células eucarióticas descienden de células a las que se fusionaron bacterias por simbiosis sucesivas, dotándolas de funciones nuevas y provechosas. Con la evolución, esa simbiosis se convirtió en una integración de un organismo en otro y es así como ahora nuestras células poseen mitocondrias (que nos proveen de energía mediante la respiración celular) y las células vegetales poseen cloroplastos (que permiten la realización del proceso, esencial para la vida, de la fotosíntesis).

Lynn Margulis proponía un modelo radical. Como era de esperar, recibió críticas de todas partes, pero ella no pidió que no se la criticara,  sino que soportó todas las críticas.

Finalmente, tras su primera publicación, Lynn Margulis ha seguido trabajando y publicando artículos científicos continuamente, a favor de su modelo, aportando más pruebas y datos, siempre, siempre, dentro y bajo los criterios de la comunidad científica; por muchas críticas y muchos detractores que hubiese tenido.

Y si ahora el modelo de Margulis es aceptado por la mayor parte de la comunidad científica, fue por un lado gracias a las pruebas sobre las que se sustentaba. Y por el otro, gracias a las pruebas que fueron apareciendo después. Todo ello fomentado e impulsado por la crítica y el debate.

¿En qué se sustenta la teoría Endosimbiótica?

Esta teoría se sustenta en que las células eucariotas iniciaron su evolución en forma de organismos primitivos sin mitocondrias ni cloroplastos. Posteriormente, establecieron una relación endosimbiótica con bacterias que consistía en lo siguiente: las bacterias recibían protección y alimento mientras que ellas eran capaces de aportar moléculas de ATP y moléculas con poder reductor obtenidas por su sistema de fosforilación, que luego de sucesivas divisiones dio origen a la célula eucarionte.

Teoría Endosimbiótica

 Al observar a la mitocondria y cloroplasto, presentan grandes similitudes, tanto en forma como en tamaño, con determinadas bacterias. Tanto es así, que parece probable que estos orgánulos celulares fueran en otro tiempo organismos procariotas de vida libre que se instalaron en el interior de las primitivas células eucariotas, estableciendo con ellas una relación de simbiosis. 

Así, de cloroplastos y mitocondrias la célula obtiene energía y, además, de los cloroplastos materia orgánica; por otra parte, los cloroplastos y mitocondrias se beneficiarían del metabolismo celular y de las sustancias producidas por la célula.

Margulis: los cloroplastos (abajo) evolucionaron
a partir de las cianobacterias (arriba)

Para apoyar esta hipótesis endosimbiótica que explica el origen de las mitocondrias y los cloroplastos a partir de bacterias, se han aportado numerosos datos:

ü  En la matriz de las mitocondrias y el estroma de los cloroplastos, hay moléculas de  ADN exclusivas de ellos; este ADN no está asociado a histonas y presenta una estructura similar al de las bacterias.

ü  En el compartimento principal de estos orgánulos también hay ribosomas, diferentes a los del citosol y muy similares a los de la bacteria E. coli, tanto en su estructura como en su sensibilidad a determinados antibióticos.

ü  Cuando este ADN se replica, transcribe y realiza la síntesis proteica, todos los procesos se parecen más a los que realiza un procariota que a los de los eucariotas.

ü  La propia génesis de estos orgánulos aporta un nuevo dato. Dentro de las células, existen diversos mecanismos para generar nuevos orgánulos que compensen la continua degradación de los existentes o que cubran nuevas necesidades tras el crecimiento o la división celular. Las mitocondrias y los cloroplastos surgen a través de una peculiar forma de biogénesis: tienen la posibilidad de dividirse en dos y de crecer hasta alcanzar un determinado tamaño, de manera que se generan de la misma forma en que se reproducen los seres unicelulares, es decir, por bipartición.

ü  Estos orgánulos poseen una doble membrana, siendo la más externa igual a la de la membrana plasmática y la más interna similar a la de las células procariotas. Esto hecho se ha interpretado del siguiente modo: cuando la célula hospedadora fagocitó a la bacteria procariota, la rodeo con parte de su membrana plasmática que contituyó desde ese momento la membrana externa del nuevo orgánulo.

ü  En mitocondrias y cloroplastos los centros de obtención de energía se sitúan en las membranas, al igual que ocurre en las bacterias. Por otro lado, los tilacoides que encontramos en cloroplastos son similares a unos sistemas elaborados de endomembranas presentes en cianobacterias

ü  En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.

ü  En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s.

Puesto que las mitocondrias de animales y plantas son muy similares, se supone que este proceso que condujo al desarrollo de las mitocondrias se produjo en las primeras etapas de la evolución de la célula eucariótica, antes de que se diferenciaran los animales y las plantas.

Probablemente, los cloroplastos surgieron más tarde, gracias a otro proceso similar (tal vez por endocitosis de una cianobacteria), originándose la primera célula vegetal.

Pruebas en contra de la teoría

ü  Las mitocondrias y los plastos contienen intrones, una característica exclusiva del ADN eucariótico. Por tanto debe de haber ocurrido algún tipo de transferencia entre el ADN nuclear y el ADN mitocondrial/cloroplástico.

ü  Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.

ü  La célula tampoco puede sobrevivir sin sus orgánulos: esto se debe a que a lo largo de la evolución gracias a la mayor energía y carbono orgánico disponible, las células han desarrollado metabolismos que no podrían sustentarse solamente con las formas anteriores de síntesis y asimilación.

CONCLUSIONES

ü  Básicamente lo que la Teoría de la Endosimbiosis Serial (SET) nos viene a decir es que las modernas células eucarióticas descienden de células a las que se fusionaron bacterias por simbiosis sucesivas, dotándolas de funciones nuevas y provechosas. Con la evolución, esa simbiosis se convirtió en una integración de un organismo en otro y es así como ahora nuestras células poseen mitocondrias (que nos proveen de energía mediante la respiración celular) y las células vegetales poseen cloroplastos (que permiten la realización del proceso, esencial para la vida, de la fotosíntesis

ü  Lynn Margulis proponía un modelo radical. Como era de esperar, recibió críticas de todas partes, pero ella no pidió que no se la criticara, sino que soportó todas las críticas, las blandas y las duras, las destructivas y las constructivas, las razonadas y las demoledoras.

ü  Existen afirmaciones a favor y en contra de la endosimbiosis, entre las cuales prevalecen las que están a favor en número y sustento.

BIBLIOGRAFÍA

-       MARGULIS, L. El Origen de la Célula. Editorial Reverté, S.A. Barcelona (1986).

-       LAVERDE, L (Las Mitocondrias, ¿Bacterias en nuestras células? 10p., Presentada a la Universidad Javeriana de Colombia

Elaborado por:

- Arista, Heydi, Cieza, Jesús & Díaz, Diana.

Estudiantes de Medicina Humana de la Universidad de San Martín de Porres

Chiclayo - Perú