Desarrollo embrionario. desde la fecundación hasta tercer semana de desarrollo

TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA

Para explicar la complejidad de los eucariotas Lynn Magulis propuso en 1968 la teoría endosimbiótica según esta hipótesis, hace unos 2500 millones de años la atmósfera ya contenía suficiente oxígeno como consecuencia de la fotosíntesis de las cianobacterias, ciertas procariotas habrían adquirido capacidad de usar el oxígeno para obtener energía y fueron fagocitados por las células de mayor tamaño, sin que existiera una digestión posterior. Así la pequeña célula aeróbica se transformó en la mitocondria y esta asociación pudo conquistar nuevos ambientes.

EVIDENCIAS QUE DEMUESTRAN ESTA HIPÓTESIS

 - Las mitocondrias tienen su propio ADN, en una sola molécula continua como la de las procariotas.

- Muchas de las enzimas de las membranas celulares de las mitocondrias se encuentran también en las membranas de las bacterias.

- Las mitocondrias sólo se forman por fisión binaria a partir de otras mitocondrias.

- Varias especies de cianobacterias viven dentro de otros organismos como plantas y hongos, lo que demuestra que esta asociación no es difícil de mantener.

ELEMENTOS QUÍMICOS DEL CUERPO HUMANO

Elementos químicos 

Cada elemento es una sustancia que no puede ser dividida en una sustancia más simple por medio de químicos comunes. En la actualidad, los científicos reconocen 117 elementos. De ellos, 92 existen naturalmente en la Tierra.

El resto fue producido a partir de elementos naturales utilizando aceleradores de partículas o reactores nucleares.

Por lo general, el cuerpo contiene veintiséis elementos químicos diferentes. Sólo cuatro elementos, denominados elementos mayores, representan alrededor del 96% de la masa del cuerpo: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno. Otros ocho, los elementos menores, son responsables de aproximadamente el 3,6% de la masa del cuerpo: calcio(Ca), fósforo(P), potasio(K), azufre(S), sodio(Na+), cloro(Cl), magnesio(Mg) y hierro(Fe).

Otros 14 elementos, los oligoelementos, están presentes en cantidades ínfimas. En conjunto, representan el 0,4% restante de la masa corporal. Varios oligoelementos cumplen funciones importantes. Por ejemplo, se requiere yodo para elaborar hormonas tiroideas. Se desconocen lasfunciones de algunos oligoelementos.

ELEMENTOS MAYORES

Oxígeno (65%) Forma parte del agua y de numerosas moléculas orgánicas (que contiene C); usado para generar ATP, una molécula utilizada por las células para almacenar transitoriamente energía química,

Carbono(18,5%) Forma el esqueleto de cadenas y anillos de todas las moléculas orgánicas: hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Hidrógeno(9,5%) Componente del agua y de la mayoría de las moléculas orgánicas; la forma ionizada(H+) torma más ácidos los líquidos corporales.

Nitrógeno(3,2%) Componentes de todas las proteínas y ácidos nucleicos.

ELEMENTOS MENORES

Calcio(1,5%) Contribuye a la dureza de los huesos y los dientes; la forma ionizada(Ca2+) es necesaria para la coagulación de la sangre, la liberación de algunas hormonas, la contracción muscular y muchos otros procesos.

Fósforo(1%) Componente de ácidos nucleicos y ATP; requerido para la estructura normal de los huesos y dientes.

Potasio(0,35%) La forma ionizada (K+) es el catión más abundante del líquido intracelular, necesario para generar potenciales de acción.

Azufre(0,25%) Componente de algunas vitaminas y muchas proteínas.

Sodio(0,2%) La forma ionizada (Na+) es el catión más abudante del líquido extracelular, necesario para generar potenciales de acción.

Cloro(0,2%) La forma ionizada (Cl¯) es el anión más abundante del líquido extracelular; esencial para mantener el equilibrio hídrico; necesario para generar potenciales de acción.

Magnesio(0,1%) La forma ionizada(Mg2+) es necesaria para la acción de numerosas enzimas, moléculas que aumentan la velocidad de las reacciones químicas del organismo.

Hierro(0,005%) Las formas ionizadas (Fe2+ y Fe3+) forman parte de la hemoglobina(proteína transportadora de oxígeno de los eritrocitos) y algunas enzimas.

OLIGOELEMENTOS (0,4) Aluminio(Al), boro(B), cromo(Cr), cobalto(Co), cobre(Cu), flúor(F), yodo(I), manganeso(Mn), molibdeno(Mo), selenio(Se), silicio(Si), estaño(Sn), vanadio(V) y cinc(Zn).

PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ADN

UNIONES CELULARES. CARAS LATERALES

Especializaciones de la membrana lateral

Las especializaciones de la membrana lateral revelan la presencia de complejos de unión.Mediante microscopía se pueden observar zonas llamadas barras terminales, en las que las células se encuentran en contacto y, tal vez, unidas entre sí. Éstas barras terminales están compuestas de complejos de unión intrincados. Estos complejos que mantienen unidas a las células epiteliales continuas, pueden clasificarse en tres tipos:

• Uniones ocluyentes, que integran células para formar una barrera impermeable, que impide que el material siga una vía intercelular al pasar a través de la vaina epitelial.
• Uniones de fijación, que conservan la adherencia entre las células o entre ellas y la lámina basal.
• Uniones comunicantes, que permiten el movimiento de iones o moléculas de señalamiento entre las células, de tal manera que se acoplan células adyacentes en forma eléctrica y metabólica.

Los tres componentes del complejo de unión son la zona de oclusión, la zona adherente y los desmosomas(máculas adherentes).

Zonas de oclusión

Se localizan entre membranas plasmáticas adyacentes y son la unión situada en el plano más apical entre las células de los epitelios. Forman una unión parecida a un cinturón que circunda toda la célula. En microfotografías eslectrónicas vemos que se aproximan entre sí las membranas de células contiguas; se fusionan sus hojuelas externas, a continuación divergen y se fusionan varias veces dentro de una distancia de 0,1 a 0,3 µm. En los sitios de fusión, las claudinas y ocludinas, que son proteínas transmembranas de unión, se unen entre sí y forman un sello que ocluye el espacio intercelular.

Las uniones estrechas actúan en dos formas:

1. impiden el movimiento de proteínas de membrana del dominio apical al basolateral.
2. Fusionan membranas plasmáticas de células adyacentes para impedir que moléculas hidrosolubles pasen entre las células.
   

Zonas adherentes

Tienen una posición basal respecto de las zonas de oclusión y también circundan a las células. El espacio intercelular de 15 a 20 nm entre las hojuelas externas de las dos membranas celulares adyacentes lo ocupan las moléculas extracelulares de caderinas. Estas proteínas integrales dependientes de Ca2+ de la membrana celular son proteínas de unión transmembrana. La unión extracelular de las caderinas de una célula forma enlaces con los de la célula contigua e interviene en la formación de zonas adherentes. Luego, esta unión no sólo fija las membranas celulares entre sí, sino que también une el citoesqueleto de las dos células a través de las proteínas de unión transmembranales.

Desmosomas

Estas uniones semejantes a puntos de soldadura parecen distribuirse al azar a lo largo de las membranas laterales de las células de los epitelios simples y la totalidad de las membranas celulares de los espitelios escamosos estratificados, en especial en la epidermis.

Las placas de inserción de forma discal se ubican opuestas entre sí en las superficies plasmáticas de las células epiteliales adyacentes. Cada placa se compone de una serie de proteínas de inserción, de las cuales las mejor caracterizadas son las desmoplaquinas y pacoglobinas.

Los filamentos intermedios de citoqueratina se insertan en la placa, en donde trazan un giro en horquilla y a continuación regresan al citoplasma.

En la región de las placas de inserción opuestas, el espacio intercelular tiene 30 nm de ancho y contiene material filamentoso con una línea delgada, densa y vertical, situada en la parte media del espacio intercelular.

El material filamentoso extracelular esta formado por desmogloína y desmocolina, proteínas de unión dependientes de calcio. Las superficies citoplasmáticas de las proteínas de unión transmembranas se unen a las desmoplaquinas y pacoglobinas y conforman la placa.

Uniones comunicantes

Se hallas diseminadas en los tejidos epiteliales de todo el cuerpo y también en las células de los músculos cardíaco, liso y neuronas, pero no en las células de músculo esquelético. Difieren de las uniones ocluyentes y de fijación ya que median la comunicación intercelular y permiten el paso de diversas moléculas pequeñas entre células adyacentes. La hendidura intercelular en la unión comunicante es estrecha y constante y mide alrededor de 2 a 4 nm.

Las uniones comunicantes se integran con seis proteínas transmembranas formadoras de canales agrupadas de modo estrecho(conexinas) que se ensamblan para formar estructuras de canal llamadas conexones, poros acuosos a través de la membrana plasmática que sobresalen cerca de 1,5 nm en el espacio intercelular. Cuando un conexón en una membrana está en registro con su contraparte en la membrana plasmática adyacente, los dos conexones se fusionan y forman un canal hidrofílico de comunicación intercelular funcional. El canal hidrofílico permite el paso de iones, aminoácidos, vitaminas, cAMP, ciertas hormonas y moléculas pequeñas.

Las uniones comunicantes están reguladas de manera que pueden abrirse y cerrarse con rapidez. Además las uniones comunicantes tienen diferentes propiedades con diversas permeabilidades en distintas células.

Tienen muchas funciones diversas en el cuerpo, incluido el compartimiento celular de moléculas para coordinar la continuidad fisiológica en un tejido particular. Por ejemplo, cuando se necesita glucosa en la corriente sanguínea, el sistema nervioso estimula a las células hepáticas para iniciar la degradación del glucógeno. Como no todos los hepatocitos reciben un estímulo individual, la señal se dispersa a otros hepatocitos mediante uniones comunicantes, lo que conecta a todos los hepatocitos. Las uniones comunicantes también funcionan en el acoplamiento eléctrico de las células(por ejemplo en el músculo cardíaco), lo que coordina las actividades de estas células. Además, son importantes durante la embriogénesis para el acoplamiento eléctrico de las células del embrión en desarrollo y la distribución de moléculas informativas en todas las masas celulares migrantes, lo que las mantiene coordinadas en la vía de desarrollo apropiada.

REVISANDO LO APRENDIDO...

CUESTIONARIO - ELEMENTOS QUÍMICOS DE LA VIDA

1) ¿Cuáles son los 4 elementos químicos principales que se encuentran en el protoplasma de los seres vivos?

2) ¿Cuáles son los elementos químicos secundarios y qué porcentaje del protoplasma representan?

3) ¿Por qué los oligoelementos reciben ese nombre?

4) ¿Por qué el agua reviste gran importancia para los seres vivos?

5) ¿Cuáles son las principales sales que hallamos en los seres vivos?

6) ¿Cuáles son los 4 principales grupos de sustancias orgánicas que integran el protoplasma?

7) ¿Cómo se pueden subdividir los glúcidos y qué función biológica cumplen?

8) ¿Cuáles son los tres polisacáridos de mayor importancia biológica?

9) ¿Qué son los lípidos o grasas y qué funciones biológicas desempeñan?

10) ¿Qué son los ácidos aminados y cuáles son los esenciales en el protoplasma?, ¿por qué algunos son llamados aá esenciales?

11) ¿Cuál es la estructura de las proteínas?

12) ¿Qué funciones cumplen las proteínas?

13) ¿Por qué los ácidos nucleicos se consideran las moléculas biológicas más importantes?

14) ¿En qué sectores de la célula se hallan el ADN y en cuáles el ARN?

15) ¿Qué diferencias químicas presentan las moléculas de ADN si las comparamos con las de ARN?

16)¿Cómo están constituidos los "escalones" de la molécula de ADN?

17)¿Cuáles son los 3 tipos fundamentales de ARN?, ¿en qué proceso participan?

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA

Teorías sobre el origen de la vida

Creacionismo

Se denomina creacionismo al conjunto de creencias inspiradas en doctrinas religiosas. Esta teoría sostiene que cada una de las distintas especies se originaron separadamente de las otras y no han experimentado modificación alguna en el transcurso de las generaciones sucesivas(fijismo).

Generación espontánea

Durante muchos años se creyó que los animales más pequeños podrían nacer de la materia no viva, por generación espontánea. El fundador de esta teoría fue Aristóteles, que, hacia mediados del siglo IV a.C.; se dedicó al estudio de las ciencias naturales.

Sostenía que algunas formas de vida, como los gusanos y los renacuajos, se originaban del barro calentado por el sol, mientras que las moscas nacían de la carne descompuesta de las carroñas de animales. Estas conviccioneserróneas sobrevivieron durante siglos hasta que, hacia mediados del siglo XVII, el biólogo italiano Francisco Redi(1626- 1697) demostró que las larvas de las moscas se originaban en la carne tan sólo si las moscas vivas habían puesto previamente sus huevos allí.

Realizó el siguiente experimento para demostrar su teoría:

• Colocó una muestra de carne en diferentes frascos que cerró herméticamente, y otros trozos de carne en frascos que dejó abiertos. Como resultado obtuvo que en los frascos que cerró no aparecieron larvas; sin embargo, en los frascos abiertos si aparecieron larvas.
  Estas pruebas fueron descartadas porque se pensó que faltaba aire.

• Más tarde realizó el experimento nuevamente pero esta vez con un frasco con una malla que dejara pasar el aire. Comprobó que las larvas aparecen en la malla.
• Con esto demostró que las larvas eran depositadas por las moscas.

Pasteur(1822-1895)

Puso dos muestras de materia orgánica en dos matraces de cuello de cisne.

Después los hirvió para asegurarse que no hubiera microorganismos. Los dejó reposar y tomó muestras del caldo de cultivo. Luego quebró el cuello de uno de los frascos y observó microorganismos en el caldo de cultivo de el mismo.

Logró comprobar que los microorganismos llegaban al caldo de cultivo desde el exterior.

Abiogénesis

Se refiere al estudio del origen de la vida a partir de materia inorgánica.

La teoría más extendida establece que la vida comenzó su existencia a partir de la materia inerte entre 4400 millones de años, cuando el vapor de agua pudo condensarse por primera vez; y 2700 millones de años atrás, cuando aparecieron los primeros indicios de vida.

La hipótesis acerca de un posible origen extraterrestre de la vida (panspermia), que habría sucedido durante los últimos 13.700 millones de años de evolución del universo tras el Big Bang.

Panspermia

El sueco August Arrehenius(1859-1927) postuló que la vida tuvo origen extraterrestre. Formas diminutas y sencillas de vida fueron transportadas a partes de altas de la atmósfera, y se desplazaron a la deriva en el espacio por el efecto de la presión de la radiación cósmica.

Teoría de la evolución química (coacervados)

Los avances y aportes de la astrofísica, la geología y la química, entre otras; permitió postular nuevas explicaciones al origen de la vida.

Oparin(1894-1980) postuló la siguiente teoría:

1. En un ambiente acuático se formaron elevadas concentraciones de compuestos orgánicos a través de la radiación ultravioleta y de las descargas eléctricas, o según las explicaciones más recientes, mediante las corrientes hidrotermales.
2. Eventualmente, las moléculas mayores formaron coacervados o protocélulas que adquirieron la capacidad de “transportar” los componentes orgánicos a través de una membrana sumamente organizada, y de llevar a cabo reacciones de síntesis.
3. Las protocélulas, como resultado de la continua exposición a la luz ultravioleta, desarrollaron otras estructuras, entre ellas, pigmentos capaces de absorber la luz.
   Esta teoría predice que, antes de la formación de protocélulas, bioquímicamente activas, debería haberse creado un protoambiente que contuviera una mezcla de altas concentraciones de aminoácidos y otras sustancias orgánicas.
   Por eso Stanley Miller(1930) ideó una experiencia para comprobar la teoría de Oparin sobre cierta cantidad de agua destilada, cubierta de gases de amoníaco, metano e hidrógeno, aplicó descargas eléctricas, y más tarde, analizó el contenido del agua detectando aminoácidos y moléculas orgánicas complejas.

Teoría prebiótica

Gracias a sus estudios de astronomía, Oparin sabia que en la atmósfera del sol, de Jupiter y de otros cuerpos celestes, existen gases como el metano, el hidrógeno y el amoníaco. Estos gases son sustratos que ofrecen carbono, hidrógeno y nitrógeno, los cuales, además del oxígeno presente en baja concentración en la atmósfera primitiva y más abundantemente en el agua, fueron los materiales de base para la evolución de la vida.

Se sabe que actualmente es expulsado cerca de un 10% de vapor de agua junto con el magma, y probablemente también ocurria de esta forma antiguamente. La persistencia de la actividad volcánica durante millones de años habría provocado la saturación en humedad de la atmósfera.

En ese caso el agua ya no se mantendría como vapor. La alta temperatura del planeta, los rayos ultravioleta y las descargas eléctricas(relámpagos) podrían haber provocado reacciones químicas entre los elementos, que darían origen a aminoácidos, los principales constituyentes de las proteínas; y otras moléculas orgánicas.

Las temperaturas de la Tierra primitiva bajaron hasta permitir la condensación del vapor de agua.

Oparin concluyó que los aminoácidos que eran depositados por las lluvias no regresaban a la atmósfera con el vapor de agua, sino que permanecieron sobre las rocas calientes; supuso también que las moléculas de aminoácidos, con el estímulo del calor, se podrían combinar mediante enlaces peptídicos. Así surgirían moléculas mayores de sustancias albuminoides. Serían entonces las primeras proteínas en existir.

La insistencia de las lluvias durante millones de años acabó llevando a la creación de los primeros oceános y hacia ellos fueron arrastradas, con las lluvias, las proteínas, y aminoácidos que permanecian sobre las rocas. Durante un tiempo incalculable, las proteínas se acumularían en oceános primordiales de aguas templadas. Las moléculas se multiplicaban cuantitativa y cualitativamente. Disueltas en agua, las proteínas formaron coloides. La interacción de los coloides llevó a la aparición de los coacervados.

Un coacervado es un agregado de moléculas que se mantienen unidas por fuerzas electrostáticas. Esas moléculas son sintetizadas abióticamente. Muchas moléculas quedaron unidas a los coacervados.

Cuando ya habían moléculas de nucleoproteínas, cuya actividad en la manifestación de caracteres hereditarios es bastante conocida, los coacervados pasaron a envolverlas.

Aparecían microscópicas gotas de coacervados envolviendo nucleoproteínas. En aquel momento faltaba sólo que las moléculas de proteínas y de lípidos se organizaran en la periferia de cada gotícula, formando una membrana lipoproteíca. Estaban formadas entonces las formas de vida más rudimentarias.

Miller y Urey diseñaron un experimento con el que demuestran la viabilidad de esta teoría.

Para pensar: ¿Qué teoría refuta el siguiente experimento?, ¿A qué conclusión llegó Spallanzani?