Definición y mecanismos de Homeostasis.

los organismos son capaces de mantener un medio interno estable dentro de ciertos límites a pesar de que intercambian materiales continuamente con el mundo externo. Esto es posible por el fenómeno de homeostasis, término que deriva de la palabra griega homeo, que significa "igual", y Stasis que significa "posición". Los seres vivos son homeostáticos, es decir, se mantienen en el estado estable de la operación interna de un organismo sin importar los cambios del exterior. En los seres vivos, las miles de reacciones químicas que se producen forman parte de un sistema coordinado en e tiempo y en el espacio, permitiendo al organismo mantener su identidad bioquímica y funcional a pesar de los cambios del medio exterior.

Los seres vivos tienen un conjunto de mecanismos autorreguladores mediante los cuales se mantiene la homeostasis, que les permite alcanzar la estabilidad en las propiedades de su medio interno independientemente de las condiciones externas del medio ambiente. La homeostasis se da en los diferentes sistemas de organización como son: La célula, el tejido, el órgano, el sistema y el individuo.
Los mecanismos reguladores son:

La temperatura
Los niveles de líquido intracelular
La composición química de la sangre
Los tejidos
Los procesos de digestión y excreción

Los mecanismos homeostáticos involucran un consumo de energía para mantenerse en un equilibrio dinámico. Si el equilibrio se altera y los mecanismos homeostáticos son incapaces de recuperarlo, el organismo puede enfermar, incluso morir. La homeostasis requiere que el organismo sea capaz de detectar los cambios que se dan en su interior para que pueda controlarlos.

El aparato circulatorio es importante para el mantenimiento de la homeostasis; está facultado para transportar nutrimentos a los tejidos y productos de desecho; además, participa en la regulación de la temperatura corporal y en el sistema inmune.

Las concentraciones de sustancias de la sangre controlan otros órganos:
El aparato respiratorio y el sistema nervioso regulan el nivel de dióxido de carbono que existe en la sangre y el líquido extracelular;
El hígado y el páncreas regulan la producción, el consumo y las reservas de glucosa;
los riñones son encargados de la concentración de hidrógeno, sodio, potasio e iones de fosfato    

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Evolución Celular.

Aleksandr Oparin

La Tierra tiene unos 4600 millones de años  y mil millones de años  después aparecería la vida. Las condiciones reinantes en la atmósfera  primitiva no son exactamente reproducibles en un laboratorio, por lo que las explicaciones sobre el origen de la vida son difícilmente demos trables. En 1922, el bioquímico Alexander Oparin formuló una hipótesis sobre  los procesos que debieron producirse durante el origen. Las molé culas orgánicas se formarían a partir de los gases de la atmósfera y se acumularían en los mares y océanos formando una sopa primigenia. Se cree que, al enfriarse la Tierra, se formó una atmósfera reductora  (CO2, NH3, CH4, etc.). Estos compuestos, mediante descargas  eléctricas procedentes de relámpagos y de otros fenómenos producidos  en la atmósfera primitiva, formarían moléculas orgánicas (aminoácidos, nucleótidos, monosacáridos, etc.). En 1950 Stanley Miller probó la hipótesis utilizando un aparato construido por él. Como resultado  aparecieron urea, glicina, ácido aspártico, alanina, ácido fórmico, etc.

Estas moléculas orgánicas simples debieron de asociarse formando polímeros. Así, se han conseguido polipéptidos a partir de mezclas de aminoácidos con calor. Pero, para poder formar parte de los procesos vitales, las moléculas necesitan ser capaces de autorreplicarse. De las macromoléculas conocidas, el ARN era la única capaz de servir de molde para catalizar su propia replicación. De esta manera el ARN actuaría de molde para la síntesis de otros polímeros idénticos que, más tarde, servirían también de molde para la síntesis de proteínas.

Para que surgiera la primera célula viva fue necesario el aislamiento del medio exterior (la aparición de la membrana) mediante el ensamblaje espontáneo de fosfolípidos alrededor de las moléculas replicantes.

Se denomina progenote o protobionte al antepasado común de todos los organismos, siendo la unidad viviente más primitiva. Las bacterias fueron evolucionando con el ambiente, pudiendo realizar la glucolisis, la fotosíntesis y la respiración.

Las células actuales más sencillas que se conocen son los micoplasmas (sin pared celular y con ADN). Actualmente todas las células contienen su información almacenada en ADN y no en ARN.

Para que la célula pudiera fagocitar el alimento, tuvo que haber adquirido, en etapas anteriores, una membrana plasmática flexible capaz de invaginarse y plegarse, con la posibilidad de formar compartimentos internos que dieran lugar al sistema de endomembranas. El núcleo se originó de un plegamiento interno de la membrana plasmática que arrastró el ADN. Las células eucariotas aparecieron hace unos 1500 millones de años.

En 1967 Lynn Margulis postuló la teoría endosimbiótica, según la cual las mitocondrias y los cloroplastos proceden de bacterias que se hospedaron en una célula procariota de gran tamaño,  cuando ésta los fagocitó para obtención de alimento. La ventaja obtenida gracias a estas células fue grande: las mitocondrias, gracias al O2, son capaces de sintetizar ATP. Una célula anaerobia se convertiría en aerobia. los cloroplastos, de realizar la fotosíntesis. Se convertirían en organismos autótrofos.

Los organismos eucariotas pueden estar formados por una sola célula (protozoos). Los organismos pluricelulares representan un importante avance evolutivo, ya que las células se agrupan, se especializan y realizan las distintas funciones del organismo (tejidos y órganos).

Lynn Margullis

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La Célula

La célula es una estructura constituida  por 3 elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN), que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.

Los virus están en la frontera entre los seres vivos y la materia inerte. No son células. Se les consideran formas acelulares. No tienen membrana plasmática que rodee a un citoplasma. Pertenecen al nivel de organización macromolecular. No pueden sobrevivir sin la presencia de una célula viva para poderse reproducir.

Virus

Célula procariota

Célula eucariota

La forma es muy variada. Muchas cambian constantemente de forma (amebas, leucocitos) o tienen forma más o menos definida. Las que viven libres tienen formas más o menos esféricas. Las de los organismos pluricelulares dependen de las tensiones que generan el vivir juntas.
Las células con pared de secreción rígida poseen una forma muy estable (células vegetales, osteocitos, bacterias, etc). Algunas células con formas especiales son: neuronas, células de Schwann, células  musculares lisas, bastones de la retina, espermatozoides, eritrocitos, etc.
El tamaño es muy variado. Las bacterias suelen medir entre 1 y 2 μm. Las células eucariotas oscilan, en general, entre 5 y 25 μm. Ej.: los glóbulos rojos miden 7 μm. Los oocitos de algunas aves son muy grandes (7 cm de diámetro en el avestruz). Las más grandes tienen varios metros de longitud (axones de grandes cetáceos).

ORGANIZACIONES PROCARIOTA Y EUCARIOTA

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El núcleo

EL NÚCLEO

Representa aproximadamente el 10% del volumen celular. Interviene en la duplicación y transcripción. En la mayoría de las células un solo núcleo. Suelen ser esféricos. En división cambia.

Estructura del núcleo interfásico

Envoltura nuclear 
Presenta dos membranas. La externa tiene un gran número de ribosomas adheridos. Se comunica con el retículo endoplasmático rugoso y puede realizar las mismas funciones. Existe un gran número de poros. Su número está directamente relacionado con su actividad.

Nucleoplasma o carioplasma o jugo nuclear
Es una dispersión coloidal de tipo gel. Presenta una red de proteínas que mantienen fijos el nucléolo y las fibras de cromatina.

Nucleolos
Formado fundamentalmente por ARN y proteínas. Se origina a partir de zonas de ADN con información para formar el ARNn. Puede haber más de uno.
Se encarga de la formación de los ribosomas. El tamaño del nucléolo está directamente relacionado con el número de ribosomas necesario para la síntesis proteica  de la célula.

Cromatina
Formada por filamentos de ADN en distintos grados de condensación y proteínas
Se pueden distinguir:

• Heterocromatina: no se descondensa completamente durante la interfase. Se tiñen fuertemente. Se localiza junto al centrómero y a lo largo del cromosoma en bandas.
• Eucromatina: se descondensa completamente. Se tiñen débilmente.

Los cromosomas están formados por fibra de cromatina de 300 Å condensada sobre sí misma. Cada molécula de cromosoma es hasta 50.000 veces más corta que su forma extendida 
En los cromosomas encontramos:

Cromátidas o brazos cromosómicos Centrómero o constricción primaria Constricciones secundarias Satélites Telómeros Cinetocoro

Según el número de brazos se distinguen dos tipos de cromosomas: Cromosomas metafásicos: presentan dos cromátidas Cromosomas anafásicos: una sola cromátida

Según la posición del centrómero se distinguen cuatro tipos de cromosomas: Metacéntricos Submetacéntricos Acrocéntricos Telocéntricos

Las células somáticas de animales y vegetales son diploides o 2n. Las células reproductoras son haploides o n.
El conjunto de los cromosomas metafásicos de una célula recibe el nombre de cariotipo. Se distinguen dos tipos:

• Autosomas
• Heterocromosomas o cromosomas sexuales. En hembras uno de los cromosomas X forma una estructura compacta en la periferia del núcleo durante la interfase denominada corpúsculo de Barr. Permite conocer el sexo de un individuo por simple observación al microscopio.

Murray Barr

Se denomina genoma al conjunto de genes que tiene una célula (toda la información genética).

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Orgánulos

ORGÁNULOS

• Ribosomas

Los ribosomas son orgánulos que carecen de membrana. Se encuentrasn en todas las células eucariotas. Están formados por ARNr y proteínas. En una célula pueden encontrarse ribosomas de dos tipos:

• 80s (60s y 40s) : libres en el hialoplasma o unidos a la membrana del RER.
• 70s (50s y 30s) : en la matriz de las mitocondrias y en el estroma de los plastos.

Cuando varios de ellos se encuentran unidos a un mismo ARNm reciben el nombre de polirribosomas o polisomas (de 3 a 10). Tienen como función la síntesis de proteínas. El número de ribosomas en una célula depende de su actividad.

• Centrosoma.

El centrosoma es el responsable de los movimientos de la célula. Se distinguen dos tipos de centrosomas: Centrosomas con centriolos: en algas, protozoos y animales Centrosomas sin centriolos: en hongos y vegetales. Pueden formar microtúbulos. Constan de: Centrosfera o material pericentriolar: amorfo. Es el centro organizador de los microtúbulos (COM), el que se encarga de formar microtúbulos Fibras del áster: microtúbulos que crecen a partir del anterior. Dan lugar a los microtúbulos del áster. Diplosoma: Formado por un par de centriolos. Se encuentran inmersos en la centrosfera.  Cada centriolo consta de 9 grupos de tres microtúbulos. Los centriolos están perpendiculares entre sí. Centriolos y corpúsculos basales son prácticamente idénticos. Funciones: Forman todas las estructuras constituidas por microtúbulos: Cilios y flagelos Huso acromático Citoesqueleto

• Retículo endoplasmático

El retículo endoplasmático es un sistema membranoso formado por una red de sáculos aplanados, en comunicación con la membrana nuclear externa. Se encuentra distribuido por todo el citoplasma formando una red continua. El compartimento interno recibe el nombre de lumen o luz. La porción de retículo endoplasmático entre citosol y núcleo constituye la envoltura nuclear (dos membranas con espacio perinuclear). Cuando se juntan forman los poros.

Se pueden observar dos zonas distintas:

Retículo endoplasmático rugoso ...................Retículo endoplasmático liso

Retículo endoplasmático liso (REL): carece de sin ribosomas. Su membrana contiene una gran cantidad de enzimas. Funciones: síntesis, almacén y transporte de lípidos (fosfolípidos, colesterol, esteroides). Se sintetizan los lípidos de membrana desintoxicación.

• Retículo endoplasmático rugoso (RER) : está formado por cisternas comunicadas entre sí y vesículas de transporte. Función: síntesis y unión de proteínas con oligosacáridos en el lumen.

Una de las principales funciones del retículo endoplasmático es la formación de las membranas. Con nla actividad de los dos tipos de retículos se generan vesículas que se desplazan al aparato de Golgi y de allí a la membrana plasmática

• Aparato de Golgi

Está formado por cisternas acompañadas de vesículas de secreción. Cada agrupación se denomina dictiosoma. Cada uno presenta dos caras: Cara cis o de formación: con la membrana más fina (orientada hacia el retículo endoplasmático) Cara trans o de maduración: más cerca de la membrana y más gruesa (orientada hacia la membrana celular) Camillo Golgi La cara cis recibe sáculos procedentes del retículo endoplasmático, avanzan hacia la cara trans y se liberan formando vesículas de secreción. Funciones: transporte, maduración y acumulación de proteínas del RE, glucosilación de lípidos y proteínas o modificación de los procedentes del RE, síntesis de glúcidos de la pared celular, formación de lisosomas

• Lisosomas

Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi que contienen hidrolasas. La membrana del lisosoma contiene unas proteínas de transporte que, gastando ATP, bombea H al interior, manteniendo un pH (5) óptimo para las enzimas. La membrana por su cara interior presenta un alto contenido de glúcidos para protegerla de las enzimas. Una vez realizada la digestión, los aminoácidos, monosacáridos, etc., salen del lisosoma a través de proteínas de transporte que hay en la membrana y pasan al hialoplasma. Tipos:

• lisosomas 1ª: sólo enzimas digestivos.
• Lisosomas 2ª: con sustancias a medio digerir. Se distinguen:
  • Vacuolas digestivas o heterofágicas: si el contenido procede del exterior por fagocitosis o pinocitosis.
  • Vacuolas autofágicas

Existen dos tipos especiales de lisosomas: Acrosomas: lisosoma primario en espermatozoides Granos de aleurona: lisosomas secundarios con proteínas en semillas. Cuando la semilla germina las enzimas se hidratan y se digieren las proteínas

• Peroxisomas

Se forman a partir del  R.E., con enzimas oxidativos (oxidasa y catalasa)

La oxidasa oxida sustancias orgánicas que, en exceso resultan perjudiciales. Utilizan O2 y producen agua oxigenada Sustrato – H2 + O2       →     Sustrato + H2O2 La catalasa puede actuar de dos maneras: Si hay sustancias que se pueden eliminar por oxidación: Sustrato – H2 + H2O2   →     Sustrato + 2H2O Si hay un exceso de H2O2, la catalasa lo degrada:  2 H2O2      →      O2 + 2H2O Funciones: Desintoxicación Degradación en ácidos grasos en moléculas más pequeñas (beta oxidación) Parece que los peroxisomas aparecieron antes que las mitocondrias y que su función era permitir la vida en una atmósfera cada vez más rica en oxígeno (tóxico para los organismos anaerobios primitivos).

• Glioxisomas

Transforman ácidos grasos de semillas en azúcares, hasta que la planta pueda hacer la fotosíntesis.

• Vacuolas

Se forman a partir del retículo endoplasmático, del aparato de Golgi o por invaginaciones de la membrana. Suelen ser muy grandes. Suele haber una o dos por célula. Su membrana se denomina tonoplasto. En células vegetales maduras pueden llegar a 50 – 95% del vololumen celular.El conjunto de vacuolas de una célula se denomina vacuoma. Funciones: Acumulación de agua: regula la presión osmótica Almacenamiento de sustancias de reserva Almacenamiento de productos de desecho Función de relación, almacenando alcaloides (venenos), colorantes, etc

En protozoos encontramos vacuolas pulsátiles. Al vivir en agua dulce son hipertónicos respecto al medio, por lo que les entra agua por ósmosis. Mediante estas vacuolas eliminan el exceso de agua y evitan la turgencia.

• Mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos bimembranosos que aparecen en todas las células eucariotas. El conjunto de mitocondrias de una célula se denominacondrioma. Su número varía dependiendo de la actividad celular. Constan de: Membrana mitocondrial externa Membrana mitocondrial interna. Espacio intermembrana Matriz mitocondrial Crestas mitocondriales ADN mitocondrial Ribosomas 70s (mitorribosomas) Funciones: Respiración celular (ciclo de Krebs y cadena respiratoria) β oxidación (hélice de Lynen) Fosforilación oxidativa Síntesis de proteínas

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Se originaron a partir de bacterias fagocitadas que no fueron digeridas (Teoría endosimbiótica). La célula hospedadora se transformaría en aerobia.

• Plastos

Los plastos son orgánulos bimembranosos que se encuentras en las células vegetales y en las algas. Existen varios tipos: Cloroplastos Presentan una morfología muy variada. En algas y plantas. Constan de: Membrana plastidial externa Membrana plastidial interna Estroma ADN plastidial Ribosomas 70s (plastorribosomas) Tilacoides o lamelas Granas

Funciones

• Fotosíntesis: Realizan la fase luminosa o fotoquímica en los tilacoides y la fase oscura o biosintética en el estroma.
• Síntesis de proteínas

Se originaron a partir de cianobacterias fagocitadas que no fueron digeridas (Teoría endosimbiótica). La célula hospedadora se transformaría en autótrofa.

• Etioplastos: se desarrollan en oscuridad
• Cromoplastos con diferentes pigmentos
• Leucoplastos: almacenan sustancias de reserva:
  • Amiloplastos: almacenan almidón
  • Proteoplastos: almacenan proteínas
  • Oleoplastos: almacenan grasas

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