2.1.5. Capacidad de reproducción

La célula es la unidad básica de la vida, y toda célula procede de otra que previamente se ha dividido. Inicialmente es una célula pequeña, luego crece, duplica sus cromosomas y a su vez se divide, cerrando un ciclo.

En procariontes, una colonia con una sola célula puede crecer exponencialmente en número, siempre que haya nutrimentos adecuados y suficientes.

Todos los procariontes, muchas plantas y diversos hongos se reproducen asexualmente.

La reproducción asexual es la producción de descendientes idénticos a un organismo original, por no haber intercambio de ADN con otro organismo.

La reproducción sexual es exclusiva de eucariontes.

La reproducción sexual es la producción de descendientes semejantes simultáneamente a dos organismos originales, por haber intercambio de ADN entre ellos al formar una célula llamada cigoto.

En eucariontes, una sola célula es capaz de desarrollar un organismo completo, por divisiones celulares sucesivas finamente reguladas.

Al desarrollarse un organismo multicelular, el destino de cada célula puede ser dividirse, siguiendo un patrón específico para originar un conjunto particular de células descendientes (p. ej., cigoto, células madre, células germinales primordiales, etc.) o diferenciarse en un tipo celular específico (p. ej., neurona, eritrocito, célula muscular, etc.).

No todas las células eucarióticas resultantes de las divisiones celulares son seleccionadas para constituir parte de tejidos y órganos. Algunas son excluidas, y la regulación genética las conduce hacia una muerte celular programada, denominada apoptosis. Las células que alguna vez unieron los dedos, por ejemplo, tuvieron que ser eliminadas para desarrollar dedos separados entre sí.

Todos los seres vivos poseen la capacidad de reproducirse.

Sin reproducción, no habría continuidad de la vida.

Los sepiólidos pueden clonarse asexualmente desde un solo individuo, formando cadenas enteras de ellos. (Fotografía por
Oregon Department of Fish & Wildlife )

2.1.6. Capacidad evolutiva

El genoma es la secuencia de bases de todo el ADN de un organismo. Es como “el libro de la vida”, en el que la información está codificada en las secuencias de cuatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T) –un alfabeto químico de cuatro letras.

Una mutación es un cambio, ya sea espontáneo o inducido, en la secuencia del ADN.

Todos los organismos experimentan un cierto número de mutaciones como resultado de sus procesos celulares normales o de interacciones aleatorias con el ambiente.

Las mutaciones pueden afectar un simple par de bases o secuencias más largas.

Un medio muy frecuente por el que una secuencia de ADN puede cambiar de manera drástica, son las inserciones de segmentos de ADN, siendo los transposones una causa común de mutaciones por inserción.

Un transposón es una secuencia de ADN capaz de insertarse a sí misma, y a veces a secuencias adicionales, en un nuevo sitio en el genoma.

Además de inserción, la transposición puede incluir pérdida de un segmento de ADN menor, igual o mayor que el ADN insertado.

Las inserciones pueden revertirse; las pérdidas no.

Los transposones causan también inversiones, cambios de posición de fragmentos de cromosomas, transposiciones de modo replicativo (una pérdida con más de una inserción) y otros cambios mayores en el genoma denominados rearreglos de secuencias.

Los transposones son el origen de muchos genes. De hecho, ¡45 % del genoma humano corresponde a transposones, y sólo 2 % a genes!

Los transposones son capaces de modificar el genoma con tanta versatilidad, como las funciones de “cortar y pegar” de un procesador de textos al modificar un manuscrito.

Trasposición Clase I donde se mueven directamente de una posición a otra en el genoma usando una transposasa para cortar y pegarse (Animación por Helixitta)

Las mutaciones son el origen de los genes, y causa de la diversidad genética. Y la diversidad genética conseguida por una especie, correlaciona con su potencial de adaptación a los cambios ambientales.

En la naturaleza, los organismos que constituyen una especie no son idénticos entre sí, más bien tienen diferencias sutiles. Todos ellos enfrentan depredadores, enfermedades y hambre, compitiendo por los recursos limitados de alimentos, luz, agua, espacio y otros… luchando por sobrevivir.

Aquellos que sobreviven y se reproducen, son más aptos por estar mejor adaptados al ambiente que aquellos que no, y heredan a su progenie las características que confieren tal aptitud.

Las especies se transforman a través de generaciones sucesivas, y una sola especie puede originar otras especies, siendo la supervivencia y la extinción parte de un proceso denominado evolución, conducido en gran parte por selección natural.

La capacidad evolutiva es inherente a todos los seres vivos, y la evolución es causa de la biodiversidad en la Tierra.

Los diferentes colores de los granos de esta mazorca es el resultado de un transposón.

2.2. Biología molecular

Los seres vivos tienen la capacidad de extraer y transformar energía del ambiente, energía que utilizan para mantener y reproducir su estructura compleja altamente organizada.

Las plantas verdes y otros organismos fotosintéticos obtienen energía directamente de la luz solar, la fuente final de energía para todas las formas de vida en la Tierra.

En la fotosíntesis, la luz solar es utilizada para transformar dióxido de carbono (CO2) del aire y agua (H2O) del suelo en glucosa (CH2O)6 para la planta y oxígeno (O2) que se libera al aire.

En la célula, por el proceso de respiración, el oxígeno es utilizado para transformar compuestos orgánicos como la glucosa en dióxido de carbono, agua y energía química.

En la naturaleza, la fotosíntesis y la respiración crean un ciclo en el cual la energía de la luz solar es transformada en energía química, y a través de los alimentos esta energía química sustenta el metabolismo de todas las formas de vida del planeta.

Los procesos de producción de energía y de síntesis de componentes celulares son compartidos por todas las células.

En esta sección analizaremos las bases moleculares de la estructura y función celular.

2.2.1. Bioelementos

De los 92 elementos químicos naturales, solamente cerca de 30 son constituyentes normales de la célula y se les denomina bioelementos.

En el siguiente cuadro se muestra la abundancia relativa de elementos en células del cuerpo humano, como porcentaje del número total de átomos.

Los cuatro elementos más abundantes en la célula (98.70 %) son hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno. Estos poseen propiedades químicas que los hacen excepcionalmente adecuados para formar moléculas muy diversas y lograr estructuras complejas altamente organizadas, que son características de los seres vivos.

Los elementos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes estables son:  H, O, N y C:

Para completar sus capas electrónicas externas:

  • H necesita 1 electrón
  • O necesita 2 electrones
  • N necesita 3 electrones
  • C necesita 4 electrones

La célula es aproximadamente 70 % agua. La molécula de agua (H2O) está constituida por dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno. Las moléculas que no contienen carbono, como el agua, se denominan moléculas inorgánicas.

Los átomos de carbono poseen la capacidad de enlazarse entre sí, por lo que forman estructuras lineales, ramificadas o cíclicas muy diversas, denominadas moléculas orgánicas.

La capacidad adicional del carbono para formar enlaces covalentes con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre, hace posible la inclusión de grupos funcionales diversos en la estructura de las moléculas orgánicas.

Las propiedades del carbono son únicas. Ningún otro elemento químico puede formar moléculas tan diversas en estructura como las moléculas orgánicas.

Los elementos calcio, cloro, potasio, sodio y magnesio comúnmente se encuentran en la célula como los iones monoatómicos Ca2+, Cl, K+, Na+ y Mg2+.

Es interesante que Cl, Na+, Mg2+, K+ y Ca2+ sean también los iones monoatómicos más abundantes en el agua de mar.

El fósforo es tan reactivo, que en la célula se encuentra en forma de fosfato (HPO4 2-), rodeado por moléculas de agua, y su enlace al carbono está mediado por un átomo de oxígeno (C-O-P).

Todos los demás bioelementos en conjunto constituyen solamente 0.62 % del número total de átomos en una célula. Algunos son constituyentes comunes de todas las células, como el manganeso y el hierro; pero no todos son esenciales para todas las células. Por lo general son parte estructural de moléculas orgánicas específicas, por ejemplo:

  • La molécula de hemoglobina contiene cuatro átomos de hierro.
  • La vitamina B-12 (cianocobalamina) contiene un átomo de cobalto.
  • La hormona tiroxina contiene cuatro átomos de yodo.
  • La selenocisteína (conocida como “aminoácido 21”) contiene un átomo de selenio.

Fuentes de los bioelementos

La hidrosfera proporciona la mayor cantidad de hidrógeno y oxígeno en forma de agua (H2O), los iones monoatómicos más abundantes de la célula (i. e., Ca, Cl, K, Na, Mg) y otros minerales disueltos (p. ej., HPO4, HCO3, SO4, NO3, etcétera).

Los minerales son todas las sustancias inorgánicas que pueden ser extraídas de las rocas (p. ej., Ca, P, K, S, Na, Mg, Fe, Co, Zn, Se, etcétera), las cuales constituyen la parte sólida de la Tierra, la litosfera.

La atmósfera es una fuente abundante de oxígeno (O2), nitrógeno (N2) y carbono en la forma de dióxido de carbono (CO2).


Examen de repaso

1. Es la muerte celular programada:

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2.   En el ser humano, por ejemplo, una neurona sintetiza acetilcolina, pero no hemoglobina como un eritrocito, ni viceversa, aun cuando ambas células tienen la misma red de regulación genética.

¿Cómo se denomina el proceso por el cual las células alcanzan diferentes estados de equilibrio en la expresión genética?

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3. Es la característica de los seres vivos que refiere su capacidad de producir descendientes, cuya supervivencia es la continuidad de la vida:

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4. Es un cambio, ya sea espontáneo o inducido, en la secuencia de ADN:

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5. Es la secuencia completa de bases del ADN, y contiene la información necesaria para construir un organismo completo:

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6. Es una secuencia de ADN capaz de insertarse a sí misma, y a veces a secuencias adicionales, en un nuevo sitio en el genoma:

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7.   Es la característica de los seres vivos que refiere su capacidad de transformarse a través de generaciones sucesivas.

Una sola especie puede originar otras especies, siendo este proceso de transformación conducido en gran parte por selección natural:

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8. De los 92 componentes químicos naturales, solamente cerca de 32 son constituyentes normales de la célula y se les denomina:

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9.   Cuatro elementos constituyen 98.70 % del número total de átomos en la célula, y son también los elementos más ligeros capaces de formar enlaces covalentes estables

¿Cuáles son esos cuatro elementos?

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10.   La célula es aproximadamente 70 % agua. La molécula de agua (H2O) está constituida por dos átomos de hidrógeno enlazados covalentemente a un átomo de oxígeno.

Las moléculas que no contienen carbono, como el agua, se denominan:

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11. Los átomos de carbono poseen la capacidad de enlazarse covalentemente entre sí, por lo que forman estructuras lineales, ramificadas o cíclicas muy diversas denominadas:

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13.   La capacidad adicional del carbono para formar enlaces covalentes con H, O, N y S hace posible la inclusión de grupos funcionales diversos en la estructura de las moléculas orgánicas.

¿Cuál de los siguientes grupos funcionales corresponde a un alcohol?

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14. Es el resultado de la fotosíntesis:

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15. Las moléculas orgánicas se caracterizan por incluir en su composición:

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16. Es una fuente abundante de oxígeno, nitrógeno y carbono en la forma de dióxido de carbono:

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