Catálogo de la Colección "Derecho, Economía y Sociedad" Sitio Oficial de la Facultad de Derecho de la Universidad de Buenos Aires

Regulación jurídica de las biotecnologías

Curso dictado por la Dra. Teodora Zamudio

Equipo de docencia e investigación UBA~Derecho

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- 1. La célula


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þPresupuestos & Condiciones de contorno

þHipótesis iniciales

Ud. está en esta Unidad pedagógica

1. Bases biológicas

otras Clases de esta Unidad Componentes y Evolución del mundo viviente
A- La materia inerte y los seres vivos
- 1. La célula
- 2. Las moléculas marginales de la biología
Sistematización biológica
B- Reproducción, herencia y evolución
Reproducción celular
Reproducción de los organismos vivos
- 1. Particulares de los reinos biológicos
- 2. Particularidades del Homo sapiens sapiens
C- La química de la herencia y la genética molecular
ADN nuclear
- 1. La replicación del ADN
- 2. La transcripción y la traducción
Otras organizaciones y expresiones génicas
Interacciones génicas
Genoma Humano
Anormalidades cromosomáticas
D- Selección natural y variabilidad
- 1. Evolución de los caracteres morfológicos
- 2. Caracteres culturales de la evolución
 

2. Herramientas biotecnológicas

3. Biodiversidad

4. Ecología/Alimentación

5. Genoma Humano

6. Economía

7. Análisis ético y bio-ético

Unidad fundamental de los seres vivos

De acuerdo con la teoría celular, uno de los pilares de la biología moderna,:

Ctodos los organismos vivientes están construídos por una o muchas células;

Clas reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo sus procesos liberadores de energía y sus reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de la célula;

Clas células se originan en otras células; y

Clas células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte, y esta información es traspasada de célula progenitora a célula hija.

A pesar de la diversidad de los seres vivos, las células poseen cráteres anatómicos y bioquímicos de funcionamiento, comunes. Todas las células están compuestas de los mismos tipos, notablemente escasos, de átomos y moléculas. Estructuralmente, sea cual sea el organismo al que pertenezcan, las células están constituídas, básicamente, por una membrana celular ( también llamada plasmática) que las separa de su ambiente externo, y material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de las células y le permite reproducirse[1].

Sin perjuicio de lo dicho, existen muchísimos tipos celulares. Los tejidos humanos están construídos por al menos doscientos tipos diferentes de células somáticas (del cuerpo). Las plantas están compuestas de células que parecen muy diferentes a las de los animales superiores y los insectos pueden tener muchas células de tipos que no se encuentran ni en las plantas, ni en los vertebrados. Así, al hecho notable de la similitud de las células cabe agregarle el de su diversidad.

Las células o protoplastos responden a uno de los dos tipos de la clasificación fundamental: procariotas y eucariotas. La célula procariote forma siempre un ser unicelular, mientras que la célula eucariote se da en seres uni- o pluricelulares. Las células eucariotes, cuando participan de un organismo más complejo, están diferenciadas y especializadas, son de forma y tamaño distinto según su situación y su función, lo que determina también la configuración de su estructura interna. No obstante es posible hacer referencia a ciertas características compartidas, antes de hacer una presentación diferenciada.

La membrana o pared celular, histoquímicamente, está compuesta por dos capas proteínicas, entre las cuales se interpone una capa lipídica bimolecular[2]; a través de ella tienen lugar los intercambios osmóticos[3], así como los activos de la célula de acuerdo a las necesidades de la misma o de los tejidos de los que ella forma parte[4], merced a la presencia de enzimas especiales  que facilitan la entrada de ciertas sustancias concretas.

En las procariotas las paredes celulares contienen polisacáridos y polímeros complejos formados a partir de aminoácidos y azúcares.

En las células vegetales, en cambio, la pared celular, que se encuentra perforada por pequeños poros o plasmodesmos, está compuesta básicamente por celulosa, hemicelulosa, lignina y pectina, que son secreciones del propio citoplasma y que le permiten el crecimiento de la planta por alargamiento celular.

Encerrado por la membrana plásmica o, a veces, por un tabique, cada célula contiene un citoplasma dentro del cual se diferencia el núcleo (eucariotas) o el núcleoide (procariotas).

En el citoplasma -que es una solución acuosa concentrada que contiene enzimas, muchas otras moléculas e iones- se encuentran numerosos orgánulos o partículas que cumplen funciones específicas. Uno de ellos -presente tanto en las procariotas (aunque en menor medida), como en las eucariotas- son los ribosomas[5] sobre los cuales se ensamblan las proteínas.

No obstante las similitudes, las distinciones entre los dos tipos basales, esto es: las células procariotas y las eucariotas, merecen una presentación de sus características propias de manera diferenciada.

Procariotas.

Gráfico 1 Célula procariota

Las células procariotas, que conforman el reino Monera, han sido las únicas habitantes de la Tierra por más de 2.000 millones de años, hasta que aparecieron las células eucariotas. Las que hoy existen -las eubacterias- se clasifican en bacterias y cianobacterias (grupo de procariotas fotosintéticas). Las células procariotas constituyen, siempre, seres vivos unicelulares que pueden, en algunas especies, coexistir en racimos o colonias.

La característica más prominente en la célula procariota es el núcleoide, la región en la cual está situado el cromosoma. Todos los cromosomas procariotas analizados hasta el momento(*) han mostrado que consisten en una sola molécula continua “circular” de ADN asociada a una pequeña cantidad de ARN y proteínas no histónicas. La célula procariota puede contener también uno o dos plásmidos[6].

El citoplasma de la mayoría de las procariotas carece relativamente de estructura interna, aunque tiene una apariencia granulada dada por sus muchos ribosomas, generalmente carece de orgánulos y de divisiones citoplasmáticas. La excepción la constituyen las cianobacterias que contienen un extenso sistema de membranas que lleva clorofila y otros pigmentos fotosintéticos.

La membrana celular de las procariotas carece de colesterol u otros esteroides (con excepción de los mycoplasmas[7], que sí los tienen). Poseen, además una pared celular que da a los diferentes tipos sus configuraciones características; esta pared permite la integridad de las procariotas que, al ser hipertónicas en relación con su ambiente (con excepción de los mycoplasmas descritos en la nota 20), estallarían de no tenerla.

Algunos tipos de bacterias tienen extensiones largas y delgadas, conocidas como flagelos y pelos. Cada flagelo bacteriano está constituído por una pequeñísima proteína globular, la flagelina, ensamblada en cadenas de triple hélice con una zona central hueca, carecen de la membrana que se observa en las eucariotas y constituyen el medio de movilidad de las células, cuando éstas habitan en un medio acuoso[8]. La dirección y tipo de movimiento están dados por los gradientes de concentración de las sustancias químicas atractivas o dañinas presentes en el medio circundante, medidos por los receptores de la membrana celular. Los pelos, ensamblados a las bacterias en monómeros de proteína (la pilina), son varillas cilíndricas rígidas. Sirven para unir las bacterias a una fuente alimenticia, a la superficie de un líquido, o a dos bacterias en conjugación. Las formas no flageladas o pilosas se mueven deslizándose sobre la superficie de un mucus o mucílago secretado por la misma bacteria.

El método más antiguo para identificar a las bacterias ha sido por su forma:

bacilos

dentro de los cuales se encuentra la famosa Escherichia coli, tienen forma de bastones rectos, habitualmente se separan después de la división celular que se produce siempre transversalmente; incluyen las bacterias que causan el tétano, la difteria y la tuberculosis.

cocos

de forma esférica que pueden formar pares (diplococos), ramilletes (estafilococos) o cadenas (estreptococos), son los causantes de la neumonía bacteriana, la fermentación del queso y la oxidación amoníaco a nitrato, en el suelo.

espirilos (o espiroquetas)

se presentan como largas varillas arrolladas helicoidalmente y son menos comunes pero más fáciles de reconocer; tienen una estructura, conocida como filamento axial, constituído por dos conjuntos de fibrillas unidos a cada extremo de la célula, estos filamentos son flagelos modificados arrollados alrededor de la célula entre la membrana y la pared celular; entre ellos está la bacteria causante de la sífilis.

vibriones

son bastones cortos y encorvados y se cree que están constituidos por hélices incompletas.

 

Otra clasificación posible de las procariotas es la dada por su diversidad metabólica:

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heterótrofos, son organismos que deben alimentarse de sustancias orgánicas formadas por otros organismos para obtener energía  y pequeñas moléculas estructurales.

La mayoría de las procariotas son heterótrofos y, de ellos, más comúnmente, saprobios (es decir, se alimentan de sustancia orgánica muerta) por lo que son responsables de la degradación y reciclaje del material orgánico en el suelo, con la consiguiente importancia para los ecosistemas. Otras bacterias son parásitas (es decir, se alimentan de materia orgánica viva) algunas de ellas son beneficiosas para sus hospedadores (los que pueden ser otras bacterias, vegetales o animales, incluído, por supuesto, el hombre), mientras que otras son patógenas y causantes de enfermedades en sus huéspedes.

autótrofos quimiosintéticos, son organismos capaces de sintetizar todas las moléculas a partir de sustancias inorgánicas simples y usando como fuente de energía la oxidación de compuestos inorgánicos.

Muchos de ellos son anaeróbicos obligados (es decir que no pueden vivir en presencia de oxígeno). Participan y hacen posible la asimilación de nitrógeno y azufre en los ciclos de los vegetales al sintetizar -a partir del amonio o amoníaco de los desechos orgánicos y en distintas etapas cumplidas por distintos grupos de bacterias- nitrato y sulfato, respectivamente, que son las formas en que aquellos elementos pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas.

autótrofos fotosintéticos, la fotosíntesis es llevada a cabo anaeróbicamente y nunca resulta en la producción de oxígeno. Existen tres linajes filogenéticos de este tipo de eubacterias:

bullet

las cianobacterias,

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las bacterias verdes y

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las bacterias purpúreas (estos dos últimos tipos incluyen las bacterias con (tiobacterias) y sin azufre).

Su designación está determinada por pigmentos que le dan su color característico, denominados bacterioclorofitas, que son de tipos que difieren bastante, en algunos casos, de los de las células eucariotas.  Las cianobacterias contienen clorofila a y descomponen el agua durante la fotosíntesis, produciendo oxígeno molecular. Debe su nombre al color (verdeazulado) de la espuma que forma en los estanques de agua dulce donde prosperan (aunque las hay doradas, rojas, amarillas, violetas, azul-negro, verde esmeralda y azules, y algunas especies se difunden en el suelo). La clorofila y los pigmentos accesorios no están contenidos en cloroplastos, como en las células eucariotas fotosintéticas, sino que forman parte de un sistema de membranas distribuído en la zona periférica de la célula. Algunas especies son fijadoras de nitrógeno[9] y dada su independencia nutritiva, las cianobacterias son capaces de colonizar áreas desnudas de roca y suelo[10].

Eucariotas.

Del griego eu, bueno, verdadero + karyon, nuez, núcleo. Las eucariotas son las células que tienen un verdadero núcleo diferenciado, rodeado por una membrana, orgánulos en el citoplasma y cromosomas en los que el ADN está combinado con proteínas histonas. Son la unidad biológica de los reinos Protista, Hongos, Vegetal y Animal, y pueden constituir  seres vivos uni- o pluricelulares.

La aparición de las eucariotas fue el siguiente paso en la evolución.

Lynn Margulis, en su teoría endosimbiótica propone que se originaron a partir de una primitiva célula procariota, que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de tamaño, esta primitiva célula conocida con el nombre de urcariota en un momento dado, habría englobado a otras células procarióticas, estableciéndose entre ambas una relación endosimbionte. Las primitivas bacterias (arqueobacterias y eubacterias, ambas procariotas) extraían el hidrógeno necesario no del agua (H2O) que al liberar el oxígeno podía hacerlas estallar en llamas sino de los compuestos como el sulfuro de hidrógeno (S2O). Ciertas mutaciones genéticas (que les permitieron sintetizar enzimas) en el grupo de las cianobacterias llevó a que pudieran extraer el hidrógeno de la fuente más abundante de esa etapa: el agua. A partir de entonces, las crecientes poblaciones de cianobacterias -en las aguas poco profundas- bombearon oxígeno imparablemente: primero se oxidó  el hierro disuelto en las aguas, que se precipitó en el fondo de los océanos, luego el oxigeno se disolvió en el agua misma y después saturo el aire dándole la tonalidad azul que hoy recordamos... El boom del oxígeno, hace entre 2.200 y 1.800 millones de años, trajo consigo una crisis mundial: algunos organismos arcaicos sucumbieron, pero otros establecieron provechosas alianzas, trabajando juntas, intercambiando servicios biológicos que las ayudase a trasladarse, a fabricar alimento, a reproducirse; muchas veces una especie viviendo dentro de otra: este es el origen –según observó Lynn Margulis- de la célula eucariota. Las mitocondrias del citoplasma de las eucariotas se asemeja a algunas bacterias purpúreas usuarias de oxigeno y la mayor parte de los cloroplastos comparten características con las proclorofitas, parientes muy cercanos de las cianobacterias. Así se advierte que –en este episodio inicial de los organismos superiores- la historia de la evolución es bien diferente de la imagen tradicional de competición asesina[11].

Gráfico 2 Evolución de la célula urcariota

Algunas fueron las precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas formadas por el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. Otras fueron las precursoras de las mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la célula huésped contra su propio oxígeno. Por último, algunas células procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos. De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos semejantes a los de las bacterias.

La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula urcariota, le proporcionó dos características fundamentales de las que carecía:         

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la capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse en aerobia, y

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la posibilidad de realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas.

La característica estructural más sobresaliente de las células eucariotas es su núcleo (=cuerpo grande), el que desempeña dos funciones fundamentales para la célula:

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lleva la información hereditaria que determina si un tipo particular de célula se desarrollará en un organismo en particular; información que pasa a cada una de las células hijas cuando se produce la división celular, y

ejerce una influencia continua sobre las actividades de la célula, asegurando que las moléculas complejas que ella requiere se sinteticen en la cantidad y tipo necesario.

Frecuentemente esférico, envuelto en dos membranas concéntricas bimoleculares lípidas, la fusión de ambas conforma los poros nucleares, por donde circulan los materiales entre el núcleo y el citoplasma que rodea a aquél. Los cromosomas se encuentran en el núcleo que, cuando  la célula no se está dividiendo, aparecen como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina. Además, dentro del núcleo se encuentran, típicamente, dos núcleolos que es el lugar donde se construyen las subunidades ribosómicas.

El citoplasma eucariótico es el medio fluído estructurado por un citoesqueleto donde se llevan a cabo las reacciones químicas específicas de cada tipo de célula, éste mantiene la configuración interna de la célula, le permite moverse, fija sus orgánulos y dirige su tránsito.

Dentro de su configuración se distinguen:
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los filamentos integrantes del citoesqueleto son de  tres tipos: los microtúbulos (proteínas globulares que desempeñan un importante papel en la división celular y forman parte de los cilios y flagelos), los filamentos de actina (formados por proteína globular actina, conforman un enrejado cercano a la membrana celular conocido como fibras de estrés) y los filamentos intermedios  (constituídos por proteínas fibrosas, están presentes en células epiteliales -que tapizan órganos, etc.- y células sometidas a esfuerzo físico).

ß

también forman parte del citoplasma las vesículas, subdivisión celular encargada del transporte de materiales tanto hacia como desde el interior de la célula. Además, las células vegetales contienen vacuolas o espacios de agua y solutos rodeado por una membrana o tonoplasto, que desempeñan las mismas funciones que las vesículas.

ß

por su parte los ribosomas son los orgánulos más abundantes dentro del citoplasma. Su constitución es similar en procariotas y eucariotas; son los sitios donde se lleva a cabo el acoplamiento de los aminoácidos para conformar las cadenas polipéptidas (moléculas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos). El tipo y modo de uso de cada una de las proteínas que una célula sintetiza determina el emplazamiento de los ribosomas dentro del citoplasma; muchos de ellos se encuentran unidos al retículo endoplasmático.

ß

 El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas internas y sacos aplanados unidos entre sí por tubos y canales que aumenta o disminuye de acuerdo con la actividad de la célula. Porciones de él aparecen rugosas cuando llevan adheridos ribosomas, y lisos cuando, no. La proteína, que comienza a ser sintetizada en el ribosoma, penetra en el lumen del retículo endoplasmático y a través de él es transportada hacia el complejo de Golgi, continuado su procesamiento (habitualmente se le adhieren carbohidratos o lípidos). En los complejos de Golgi, que son sacos aplanados apilados sueltos unos sobre otros, se compactan y distribuyen las vesículas recibidas del retículo endoplasmático incorporándolas en nuevas vesículas de transporte que llevan los lípidos y las proteínas sintetizados al citoplasma celular o a la membrana externa para su exportación fuera de la célula. Una de las vesículas formadas en el complejo de Golgi es el lisosoma. Los lisosomas contienen y aíslan enzimas hidrolíticas implicadas en la degradación de proteínas, lípidos y polisacáridos. Son fundamentales para operar la destrucción de macromoléculas extrañas, fagocitadas por la célula, a las que destruyen una vez que se unen a las vacuolas en los que fueron incorporadas[12].

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Otro de los orgánulos celulares son las mitocondrias, donde se lleva a cabo la degradación de moléculas orgánicas productoras de energía y el almacenamiento de dicha energía en unidades aptas para su uso en los procesos celulares. Es aquí donde se produce el ATP o adenosinatrifosfato, principal transporte de energía de los sistemas vivos. Las mitocondrias, al igual que los cloroplastos, contienen su propio ADN, que como en las procariotas no está asociado con histonas; este ADN se replica dentro del orgánulo y forma nuevas mitocondrias. Los cloroplastos (que contienen clorofila y donde se lleva a cabo la fotosíntesis) son uno de los tipos de plástidos -orgánulos que sólo se encuentran en células vegetales- y cumplen funciones similares a las mitocondrias. Las otras dos clases de plástidos son: los leucoplastos (que almacenan almidón y, a veces, proteínas y aceites) y los cromoplastos (que contienen pigmentos y se asocian a los colores de las plantas). (ver Gráfico 3).

 

 

Bibliografía complementaria:

APUNTES Y ACTUALIDAD

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NOTAS:

[1] Justamente, la organización del material genético es una de las características que distingue a los dos tipos, fundamentalmente distintos, de células: las procariotas y las eucariotas. En las procariotas este material asociado en una molécula circular de ADN está ubicado en una región llamada núcleoide, sin membrana externa; mientras que en las eucariotas esta molécula o cromosoma permanece dentro de un núcleo diferenciado del resto del interior de la célula por una membrana nuclear, es de forma líneal y está fuertemente unido a proteínas histonas; se presenta separado y su número varía según la especie.

[2] Aunque las porciones proteínicas, en contacto con las capas lípidas son siempre hidrofóbicas, segmentos interiores presentan características hidrofílicas creando “poros” a través de los cuales ciertas sustancias polares (es decir, hidrofílicas) pueden cruzar la membrana

[3] La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana, que permite el paso de agua pero que inhibe el movimiento de la mayoría de los solutos (partículas disueltas).

[4] La asimilación o eliminación de sustancias a través de la membrana o pared también puede tener lugar por endocitosis (la fagocitosis -para la incorporación de sodio-, la pinocitosis -para la incorporación de líquidos- y la endocitosis mediada por receptor) o exocitosis.

[5] Los ribosomas son orgánulos  pequeños compuestos por proteína y ácido ribonucleico, pueden presentarse unidos a una sola cadena de ARN mensajero lo que constituye un polisoma. En las eucariotas está fuertemente unido al retículo endoplasmático.

[6] Los plásmidos son moléculas adicionales de ADN presentes en la bacterias; son mucho más pequeños que el cromosoma bacteriano del que pueden entrar (formando un episoma) o salir. Al igual que el cromosoma son “circulares” y auto replicantes sincrónica o asincrónicamente con el ADN bacteriano (más detalles serán dados en §  La química de la herencia y la genética molecular de esta Unidad).

[7] Los mycoplasmas son las células de vida libre más pequeñas que se conocen, viven como parásitos intracelulares en un ambiente isotópico por lo que no necesitan -y por ende, carecen- de pared celular.

[8] Pueden estar dispuestas en toda la superficie o en penachos o colas en las regiones polares de la célula. Se baten con un movimiento rotatorio (el cual puede ser contrario a las agujas del reloj o viceversa) de hasta 2.400 rpm y que impulsa a la bacteria en sus “carreras” ligeramente curvas las que suelen durar 1 segundo, cada vez; y “tumbos”, dependiendo, en uno u otro caso, del sentido de la rotación del flagelo.

[9] Las cianobacteria hacen que la productividad de los sembrados de arroz del sudeste asiático sea diez veces mayor que las de otro tipo de tierras de cultivo, sin necesidad de añadir fertilizantes; las cianobacteria no se encuentran en el agua, sino en los tejidos de un pequeño helecho acuático (Azolla), que crece en los plantíos de arroz.

[10] Un ejemplo dramático de esta colonización se vio en la isla de Krakatoa, en Indonesia, después que ésta fuera despojada de toda vida por una explosión volcánica en 1883. Los primeros seres vivos que aparecieron sobre la piedra pómez y la ceniza volcánica fueron cianobacterias filamentosas, al cabo de pocos años habían formado un revestimiento gelatinoso verde oscuro que al adquirir espesura pudo servir de sustrato al crecimiento vegetal. Es probable que, de manera similar, las cianobacterias hayan sido las primeras colonizadoras terrestres.

[11] Margulis, Lynn and Sagan,  Dorion. Micro cosmos. Four Billion Years of Microbial Evolution. The California University Press. 1997.

[12] V.gr., los glóbulos blancos al capturar bacterias en el cuerpo humano, las destruyen por la acción de sus lisosomas. El reuma articular y la gota son debidos a la fuga de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas que las contienen. En los protistas heterótrofos los lisosomas participan de los procesos metabólicos digiriendo el contenido de vacuolas alimenticias fagocitados por el organismo.

 

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Colección: Derecho, Economía y Sociedad

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Última modificación: 09 de Julio de 2005

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