1. Virus
Los virus poseen unidad y diversidad estructural
Un virus es un agente genético que posee un ácido nucleico que puede ser ADN o ARN, rodeado de una envoltura de proteína llamada cápside. Algunos virus también están rodeados por una envoltura membranosa externa que contiene proteínas, lípidos, carbohidratos y vestigios de metales. Un virus pequeño típicos, como el de la poliomielitis (poliovirus), mide unos 20 nm (nanómetros) de diámetro, que es el tamaño aproximado de un ribosoma, mientras que un virus grande, como el de la viruela (poxvirus), puede llegar a medir 400 nm de largo y 200 nm de ancho.
Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor, pero necesitan a otras células vivas para conseguirlo, de las que utilizan sus organelos, enzimas y demás maquinaria metabólica. Por esto es que no se les considera celulares u organismos. Es como si solo pudiesen “cobrar vida” cuando infectan a una célula.
La forma de un virus es determinada por la organización de las subunidades proteínicas que constituyen la cápside. Las cápsides virales suelen ser helicoidales o poliédricas, o bien, una combinación compleja de ambas formas. Los virus helicoidales, como el del mosaico del tabaco se observan como largos hilos o barras; su cápside es un cilindro hueco. El fago T4, que infecta a Escherichia coli, consiste en una “cabeza” poliédrica unida a una “cola” helicoidal (ver figura 1).
Dado que no pueden ser considerados seres vivos, los virus no se clasifican en las categorías taxonómicas clásicas ni se les nombra mediante nomenclatura binominal. Cuando se les clasifica, se suelen utilizar como criterios el tipo de ácido nucleico que poseen y la estructura de la cápside.
En términos más funcionales, los virus pueden actuar de dos formas distintas:
• Reproduciéndose en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula hospedante.
• Uniéndose al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella.
Por eso se pueden considerar los virus como agentes infecciosos productores de enfermedades o como agentes genéticos que alteran el material el material hereditario de la célula huésped.
Los virus se reproducen como parásitos obligados
Como ya se dijo, la única función que poseen los virus y que comparten con el resto de los seres vivos es la de reproducirse o generar copias de sí mismos, necesitando utilizar la materia, la energía y la maquinaria de la célula huésped, por lo que se les denomina parásitos obligados.
Los virus una vez infectan a una célula, pueden desarrollar dos tipos de comportamiento, bien como agentes infecciosos produciendo la lisis o muerte de la célula o bien como virus atenuados, que añaden material genético a la célula hospedante y por lo tanto resultan agentes de la variabilidad genética.
Ambos casos han sido estudiados con detalle en los virus bacteriófagos, y aquí puedes ver en unos dibujos esquemáticos en la figura 3.
En los dos casos de infección el proceso empieza de esta forma:
a) Fase de fijación: Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana.
b) Fase de contracción: La cola se contrae y el ácido nucléico del virus se empieza a inyectar.
c) Fase de penetración: El ácido nucléico del virus penetra en el citoplasma de la bacteria, y a partir de este momento puede seguir dos ciclos diferentes:
En el ciclo lítico el ADN bacteriano fabrica las proteínas víricas y copias de ácidos nucléicos víricos. Cuando hay suficiente cantidad de estas moléculas, se produce el ensamblaje de la proteína y el ácido nucleico vírico y se liberan al medio, produciendo la muerte de la célula (figura 3b-c)
En el ciclo lisogénico se produce cuando el genoma del virus queda integrado en el genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria.
El virus queda en forma de profago
CICLO LÍTICO Y LISOGÉNICO
Ambos casos han sido estudiados con detalle en los virus bacteriófagos
En los dos casos de infección el proceso empieza de esta forma:
a) Fase de fijación: Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana. El primer paso en la infección viral es la adsorción sobre la membrana de la célula susceptible por medio de la adhesión ligandos virales (proteínas de la capside o glucoproteínas de las espículas, por ejemplo) a receptores superficiales de la célula diana. La distribución en el cuerpo del hospedador de ciertos tipos de receptores celulares explica el tropismo tisular y de hospedador de los virus. Los tejidos y células que carecen de receptores específicos de virus determinados no son infectados por dichos viriones. La naturaleza de los receptores es variable y ciertos virus pueden tener mas de un tipo de receptor
b) Fase de contracción: La cola se contrae y el ácido nucléico del virus se empieza a inyectar.
c) Fase de penetración: Los virus complejos producen una rotura en la membrana celular del hospedador en uno de los puntos de anclaje, gracias a la presencia de algunas moléculas de enzimas hidrolíticas entre las proteínas de la cápsida. A través de la rotura, el tubo central inyecta del ADN vírico, quedando la cápside vacía en el exterior de la célula diana y el ácido nucléico libre en el citoplasma. La presencia de cápsidas en la superficie celular es un buen indicio de que ha sufrido una infección vírica. Otros virus sin envoltura lipídica se introducen en la célula con cápsida y todo, lo cual puede realizarse de dos maneras:
• Por penetración directa: después de la fijación, el virus abre una brecha en la membrana y se introduce en el citoplasma.
• Por endocitosis: la membrana forma una invaginación en torno al virus, llegando a formar una vesícula que penetra en la célula. Formada la vesícula, el virus abre una brecha en la membrana de la misma con ayuda de algunas enzimas hidrolíticas que él mismo transporta, penetrando así en el citoplasma.
Los virus con envoltura lipídica burlan la barrera de la membrana celular porque su cubierta lipídica se funde con la membrana, ya que son de la misma naturaleza. Esta fusión de membranas puede realizarse en dos lugares distintos:
• Fusión en la superficie celular: de manera que el virión penetra directamente en el citoplasma.
• Fusión con un lisosoma: se forma una vesícula por endocitosis, a la que se une un lisosoma para digerir la partícula introducida; entonces, la cubierta lipídica del virus se funde con la membrana del lisosoma y el virión escapa hacia el citoplasma.
El ácido nucléico del virus penetra en el citoplasma de la bacteria, y a partir de este momento puede seguir dos ciclos diferentes:
FASE LISOGÉNICA: el material hereditario del virus está incorporado al genoma celular y cada vez que éste se replica para que la célula se divida lo hace el del virus, así pueden pasar varias generaciones celulares sin resultar dañadas por la presencia del virus en su interior que en este estado se llama provirus o profagos. Se produce cuando el genoma del virus queda integrado al genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria. asociación fago (virus) con una célula incorporando su material genético al de la célula, esto hace que cada vez que ésta se divie el virus tambien lo hará, hasta que llega un momento que se activa y se produce el cíclo lítico. en este ciclo el virus puede permanecer latente, sin infectar a su hospedador.
FASE LÍTICA: El provirus usa la maquinaria celular para replicarse en un enorme número de copias y luego expresarse en las proteínas necesarias para fabricar las partículas virales capacidad de abandonar la célula e infectar a otros. Esta multiplicación viral termina reventando a la célula. el virus se adosa a una célula, ingresa su material genético a ella posterior a eso se produce la multiplicación del adn o arn y la síntesis de la cápsula proteica, una vez que esta ensamblando elvirus dentro de la célula se liberan de ésta provocando la destrucción de sus capas.
La bacteria prosigue sus funciones vitales sin que el virus realice ninguna acción, y cuando el ADN bacteriano se duplica también lo hace el ADN vírico, de manera que el genoma del virus pasa a las dos bacterias hijas. La multiplicación bacteriana puede seguir durante generaciones sin que el virus se manifieste. Pero ante una alteración de las condiciones ambientales, el ADN vírico se separa del bacteriano y prosigue entonces las restantes fases de ciclo infeccioso, produciendo la muerte de la bacteria y nuevos ejemplares del virus.
Algunos virus que infectan células animales siguen también el ciclo lisogénico, como los virus de las verrugas y algunos retrovirus que producen algunos tipos de cáncer.
En el caso de los retrovirus, conviene recordar que el ácido nucleico es ARN monocatenario, por lo que la transcriptasa inversa ha de copiar el genoma vírico en forma de ADN antes de que pueda insertarse en el ADN celular.
Multiplicación
La multiplicación del virus consta de la replicación de su material genético, de la transcripción de su mensaje en una molécula de ARN y de la traducción del mensaje para producir proteínas víricas, tanto las que formarán parte de la cápsida como las proteínas enzimáticas necesarias para el ensamblaje de las piezas del virión y para algunas de las funciones anteriores. Los ribosomas y la mayor parte de las enzimas que los ácidos nucleicos víricos utilizan en estos procesos son los de la célula infectada.
• Los virus con ADN realizan la replicación del material genético de la misma manera que las células; en el caso de los virus con ADN monocatenario, previamente a la replicación se sintetiza una cadena de ADN complementario para formar la doble hélice.
• Los virus con ARN réplican el material genético sin necesidad de pasar por ADN, actuando cada cadena de ARN como molde para la síntesis de su complementaria.
• Los retrovirus constituyen una excepción a lo dicho anteriormente, ya que su ARN sintetiza un ADN bicatenario, que será el que posteriormente realice la síntesis de nuevos ejemplares de RNA vírico.
• Los virus con ADN y los retrovirus sintetizan el ARN a partir de la cadena molde de ADN de forma similar a como lo hacen las células.
• Los virus con ARN, excepto los retrovirus, sintetiza en el ARN copiando la cadena molde de ARN, sin necesidad de pasar por ADN.
Posteriormente a estos procesos, tiene lugar el ensamblaje de las piezas para construir nuevos viriones. En muchos virus, como el del mosaico del tabaco, el ensamblaje es automático y depende de la concentración salina del medio. En otros virus, en el ensamblaje intervienen enzimas codificadas en el ácido nucleico del virus.
Liberación de los nuevos virus
Después de la multiplicación del virus tiene lugar la salida de los nuevos individuos, que saldrán con capacidad de infectar nuevas células. Las principales modalidades de liberación da nombre a nuevas variantes del ciclo vital de los virus:
Infección persistente
Los nuevos virus no esperan a la muerte de la célula hospedadora para abandonarla, sino que van saliendo de la célula al mismo tiempo que se van produciendo, de manera que la célula puede seguir viva y produciendo nuevas partículas víricas. La liberación puede hacerse de dos maneras:
• Los virus sin envoltura lipoproteica salen directamente, sin arrastrar ningún resto de la membrana plasmática, bien sea abriendo una brecha en la membrana, o bien aprovechando los mecanismos de exocitosis o salida de sustancias al exterior de la célula.
• Los virus con envoltura lipoproteica salen por gemación, es decir, se rodean de una porción de membrana plasmática que acaba separándose de la célula y constituye la cubierta lipoproteica del nuevo virus.
jueves, 23 de abril de 2009
domingo, 19 de octubre de 2008
COMUNIDADES
Interacciones entre los seres vivos
Los seres vivos no viven aislados en la naturaleza, si no que comparten el ambiente con otros organismos. Esto posibilita que se relacionen entre si, es decir, que desarrollen interacciones con organismos de su misma especie y también con seres vivos pertenecientes a otras especies. Así, las interacciones pueden ser de dos tipos: intraespecíficas e interespecíficas, respectivamente.
Interacciones interespecíficas: Las interacciones que se establecen entre organismos de diferentes especies pueden efectos ‘positivos’ (beneficiosos) o ‘negativos’ (perjudiciales) en los individuos o en las poblaciones de cada especie que interaccionan. Si el efecto es perjudicial se designa con un signo -, y si es beneficioso con un signo +. Cuando un organismo o una población no es afectado por la acción del otro, esta interacción se designa con un 0 (cero).
De acuerdo a esto, la interacción mutuamente beneficiosa se representa con dos signos positivos (+,+) y la interacción mutuamente perjudicial se designa con dos signos negativos (-,-). También existen interacciones cuyos efectos son beneficiosos para un organismo (o población) y perjudiciales para el otro organismo (o población). Estas interacciones se representan con un signo positivo y otro negativo (+,-).
Efecto sobre los organismos de una población A Efecto sobre los organismos de una población B
- +
- Competencia Parasitismo
+ Depredación Mutualismo
Las interacciones que se producen entre los seres vivos son muy importantes por los efectos que tienen sobre los organismos, los que pueden ser analizados desde el punto de vista de la ecología y de la biología evolutiva.
Competencia (-,-):
Como sabes, en el ambiente existen diversos tipos de factores, bióticos y abióticos, los cuales son considerados recursos en tanto satisfacen las necesidades de los organismos para sobrevivir. Cuando un recurso escasea, los organismos que necesitan tal recurso compiten para obtenerlo. En términos generales, la competencia se produce cuando dos o mas organismos (o poblaciones) utilizan un mismo recurso limitado (escaso), de manera que ambos se ven perjudicados en esta interacción (-,-). Provocando, por ejemplo, una disminución en su supervivencia, en su crecimiento o en su reproducción
Tipos de competencia:
Cuando varios individuos de especies diferentes, dependen del mismo recurso es limitado, surge la competencia interespecífica. Si esta situación se produce entre organismos de la especie, entonces ocurre competencia intraespecífica. Ambos tipos de competencia pueden desarrollarse de dos maneras:
a- Competencia por explotación: En este caso, los organismos que compiten por un recurso no se ven directamente afectados por la presencia de otros organismos, sino por la reducción del recurso o por la creciente dificultad para encontrarlo, que ha ocasionado el organismo que encontró antes tal recurso.
b- Competencia por interferencia: En este caso la competencia se desarrolla de forma directa, es decir, cuando un individuo que busca un recurso, daña a otro en el proceso, o limita el acceso a dicho recurso. Por ejemplo, los animales que protegen su territorio, a menudo dejan señales que advierten de su presencia, denominadas marcas territoriales, como aquellas realizadas con orina. Si otro animal invade el territorio, puede ocurrir un encuentro agresivo entre ambos organismos. En este caso, el territorio es el recurso por el cual compiten los organismos.
Efectos de la competencia:
El biólogo ruso G.F Gause, en 1934, realizo en su laboratorio experimentos utilizando organismos de dos especies de protozoos. De acuerdo a sus resultados, y a investigaciones posteriores, Gause formulo el principio de exclusión competitiva, según el cual dos especies no pueden ocupar el mismo nicho, es decir, no pueden cumplir el mismo rol en el ambiente que habitan. Cuando los nichos entre dos especies se superponen, es decir, son muy parecidos, la competencia que se desarrolla entre ambas es muy intensa lo que puede determinar el desplazamiento o extinción de una de ellas.
Mecanismos para reducir la competencia:
Cuando 2 especies compiten tienden a diferir sus características morfológicas, conductuales y ecológicas, lo que se conoce como divergencia de caracteres, teniendo por finalidad reducir la competencia interespecifica.
1- Uso diferencial de ambiente: usan zonas diferentes del mismo hábitat
2- Diferenciación en el consumo de alimento: diversifican la dieta
3- Diferenciación en el horario de actividad: aprovechamiento del hábitat a
distintas horas.
Depredación (+,-):
Esta interacción se produce cuando un organismo de una especie (depredador) se alimenta de un organismo de otra especie (presa), lo cual implica la muerte del ser vivo que sirve de alimento al otro. Aunque, en un sentido más amplio, se ha incluido dentro de la depredación la interacción que se establece entre un animal herbívoro que se alimenta de estructuras de un vegetal, como las hojas, frutos o las semillas, la depredación ‘típica’ es aquella en que un animal carnívoro se alimenta de otros animales, que pueden ser carnívoros o herbívoros.
Hay que resaltar que tanto los depredadores controlan el número de individuos que componen la especie presa, como las presas controlan al número de predadores, ejemplo: el león y la cebra.
Otro ejemplo de esta relación muy especial entre los depredadores y el ecosistema, es que al controlar el número de especies pueden protegerlo de sacarlo de balance ya que si una especie se reprodujera sin control podría acabar con el balance de este ecosistema y posteriormente transformarlo, un ejemplo: El águila y la serpiente se alimentan de ratones, éstos a su vez se alimentan de determinados tipos de plantas, si uno de los depredadores se extinguiera el otro no podría disminuir la población de roedores y esto disminuiría la población de plantas.
Aunque la depredación afecta la densidad de una población, en algunos casos es posible que la relación depredador-presa alcance un punto de equilibrio en la dinámica poblacional. En este sentido, la depredación puede actuar eliminando a los individuos enfermos, viejos o mal adaptados y, por consiguiente, aumentar la sobrevivencia de los más fuertes y los más adaptados.
Parasitismo (+,-)
Es una interacción que se establece entre un organismo, denominado parasito, y otro individuo, del cual obtiene los nutrientes durante su vida, y al que le provoca un daño, pero sin causarle la muerte, por lo menos a corto plazo. El organismo del cual se alimenta el parasito se denomina hospedero, al que también se le conoce como huésped. El parásito puede vivir a expensas de unos pocos individuos hospederos a lo largo de su vida. Por lo tanto, existe una estrecha asociación entre el parasito y el hospedero.
Al parasitismo, se lo clasifica como un tipo de depredación ‘no verdadera’, si embargo se debe considerar que:
- Al contrario de la depredación, al parasito no le conviene la muerte del huésped
- La interacción parasito-huésped es permanente, no puntual como la depredación
Tipos de parásitos:
- De acuerdo al lugar en que se alojan:
1) Ectoparásitos_: Viven sobre su huésped, como pulgas y piojo.
2) Endoparásitos: Viven dentro del huésped, como tenias y áscaris
- De acuerdo a su tamaño:
1) Macroparásitos: Son visibles al ojo humano, Ej. : pulgas, hongos
2) Microparásitos: Infectan generalmente a células como bacterias, protozoos
Comensalismo (+,0):
Esta interacción se produce cuando un organismo (o población) se beneficia pero el otro no resulta afectado ( +,0)
Ejemplo: pez rémora y tiburón
Protocooperación (+,+):
Es una interacción en la cual dos organismos (o poblaciones) se benefician mutuamente, pero la interacción no es condición esencial para la sobrevivencia de ambos
Mutualismo (+,+):
En este tipo de interacción, dos organismos (o poblaciones) se benefician (+,+) y la asociación es obligatoria, de tal manera que ninguno puede existir sin el otro.
Ejemplo: termitas no pueden digerir la celulosa de la madera, pues carecen de las enzimas necesarias, pero en sus intestinos poseen protozoos que posibilitan la digestión de esta sustancia.
Comunidades:
Una biocenosis (también llamada comunidad biótica o ecológica) es el conjunto de organismos de cualquier especie (vegetal y animal) que coexisten en un espacio definido (el biotopo) que ofrece las condiciones exteriores necesarias para su supervivencia. Un biotopo y una biocenosis constituyen un ecosistema. La biocenosis puede dividirse en fitocenosis (especies vegetales) y zoocenosis (especies animales).
Una comunidad puede ser definida a cualquier nivel taxonómico o funcional y escala geográfica. De igual modo podemos hablar de la comunidad de microorganismos del intestino de un herbívoro, de la de mamíferos marinos del océano Atlántico o de la de depredadores de las sabanas de África oriental.
Estructura comunitaria:
Evidentemente que la estructura comunitaria está condicionada no sólo por factores bióticos, sino también por elementos físicos del ambiente. Las especies se distribuyen siguiendo las condiciones favorables de que disponen de manera continua o a lo largo de un gradiente. Así, las asociaciones comunitarias no tienen límites fijos como si fueran unidades discretas. Si definimos una comunidad en un hábitat particular, por la estrecha vinculación que tienen de sus componentes en el espacio compartido, una o más de las especies que la integran excederán el límite geográfico descrito.
En muy pocos casos las comunidades tienen límites definidos; suelen darse cuando el ambiente cambia abruptamente, como del agua a la tierra o de la plena luz a la entrada de una caverna. Aún así, pueden existir especies que de una u otra forma, flanquean dichos límites. En la mayoría de los casos, la delimitación de una comunidad particular constituye una descripción subjetiva, necesaria para su estudio. El cambio de una comunidad a otra en la naturaleza, se da de manera gradual, lo cual presenta un área de transición entre ambas comunidades, este espacio se denomina ecotono. El ecotono o zona de ecotonía es la zona de transición natural entre dos comunidades distintas. Generalmente, en cada ecotono viven especies propias de ambas comunidades y suelen ser zonas de mayor riqueza e interés biológico
Sucesión ecológica
Una comunidad no surge de manera repentina, si no que se desarrolla de manera gradual. Este desarrollo implica la sustitución de especies, lo que quiere decir que, en una etapa inicial de la formación de una comunidad, llegan ciertas especies colonizadoras, que son reemplazadas en el tiempo por otras, las cuales también pueden ser sustituidas, posteriormente, por otras. El proceso a través del cual se desarrolla una comunidad en el tiempo (cientos o miles de años), con sustitución de especies, se denomina sucesión ecológica. Es un proceso continuo en el tiempo, en el que se va pasando de una comunidad a otra, con diferentes especies cada una de ellas, hasta que se llega a una formación que se halla en equilibrio con el medio físico y que se denomina Comunidad clímax.
Se reconocen dos tipos de sucesión:
- Sucesión primaria: Es aquella que se desarrolla en una zona carente de comunidad preexistente, es decir, que se inicia en un biotopo virgen, que no ha sido ocupado previamente por otras comunidades, como ocurre en las dunas, nuevas islas, etc
- Sucesión secundaria: Es aquella que se establece sobre una ya existente que ha sido eliminada por perturbaciones, ejemplo: incendios, inundaciones, enfermedades, talas de bosques, cultivo, etc.
Dinámica de los ecosistemas: Niveles tróficos
Se llama nivel trófico en ecología a cada uno de los conjuntos de especies, o de organismos, de un ecosistema que coinciden por el turno que ocupan en la circulación de energía y nutrientes, es decir, a los que ocupan un lugar equivalente en la cadena trófica.
Los niveles tróficos se caracterizan así:
• Productores primarios. Son los autótrofos, aquellos organismos que producen materia orgánica «primariamente», partiendo de inorgánica, por fotosíntesis o quimiosíntesis.
• Consumidores. Son los heterótrofos, aquellos organismos que fabrican materia orgánica partiendo de la materia orgánica que obtienen de otros seres vivos; fabrican sus componentes orgánicos propios a partir de los ajenos. Los consumidores pueden a su vez proporcionar materia orgánica a otros, cuando son consumidos o cuando son aprovechados, por ejemplo, sus residuos. Según esto los consumidores se pueden clasificar en:
o Consumidores primarios. Los que se alimentan directamente de productores primarios, autótrofos, tales como plantas y algas.. Es posible, pero no frecuente, referirse a los consumidores primarios como productores secundarios, porque producen su propia materia orgánica, su composición, a partir de la materia orgánica que obtienen como alimento de los productores primarios.
o Consumidores secundarios: Son los organismos que se alimentan, comiéndolos o de otra manera, de los consumidores primarios. Se llama específicamente carnívoros a los que lo hacen consumiéndolos.
o Consumidores terciarios: Son los organismos que se alimentan de consumidores secundarios,
• Descomponedores: son aquellos seres vivos que obtienen la materia y la energía de los restos de otros seres vivos.
La importancia de los descomponedores radica en que son los responsables del reciclado de los nutrientes. Este proceso permite que la materia (los átomos y algunas moléculas) que ha ido pasando de unos organismos a otros pueda sea utilizada de nuevo por los productores, los que arrancan la cadena trófica. De esta forman se cierra el ciclo de materia en el ecosistema, lo que permite que el mismo átomo pueda ser reutilizado un número ilimitado de veces. Nada permite, sin embargo, por limitaciones termodinámicas, que la energía que ya ha circulado a través de la cadena trófica puede volver a ser utilizada.
Número de niveles
La segunda ley de la termodinámica pone un límite a la eficiencia de cualquier proceso, también a la de los organismos en la explotación de sus recursos tróficos. Esta constricción impone a su vez un límite al número posible de niveles tróficos, que no suelen pasar de siete aproximadamente en los ecosistemas continentales, aunque pueden ser más numerosos en los oceánicos.
Cadena trófica: Formada por una serie de organismos ordenados linealmente, donde cada uno se alimenta del anterior, y sirve a su vez, de alimento para el siguiente
Red trófica: Conjunto de cadenas tróficas interconectadas que se establecen en un ecosistema
Los seres vivos no viven aislados en la naturaleza, si no que comparten el ambiente con otros organismos. Esto posibilita que se relacionen entre si, es decir, que desarrollen interacciones con organismos de su misma especie y también con seres vivos pertenecientes a otras especies. Así, las interacciones pueden ser de dos tipos: intraespecíficas e interespecíficas, respectivamente.
Interacciones interespecíficas: Las interacciones que se establecen entre organismos de diferentes especies pueden efectos ‘positivos’ (beneficiosos) o ‘negativos’ (perjudiciales) en los individuos o en las poblaciones de cada especie que interaccionan. Si el efecto es perjudicial se designa con un signo -, y si es beneficioso con un signo +. Cuando un organismo o una población no es afectado por la acción del otro, esta interacción se designa con un 0 (cero).
De acuerdo a esto, la interacción mutuamente beneficiosa se representa con dos signos positivos (+,+) y la interacción mutuamente perjudicial se designa con dos signos negativos (-,-). También existen interacciones cuyos efectos son beneficiosos para un organismo (o población) y perjudiciales para el otro organismo (o población). Estas interacciones se representan con un signo positivo y otro negativo (+,-).
Efecto sobre los organismos de una población A Efecto sobre los organismos de una población B
- +
- Competencia Parasitismo
+ Depredación Mutualismo
Las interacciones que se producen entre los seres vivos son muy importantes por los efectos que tienen sobre los organismos, los que pueden ser analizados desde el punto de vista de la ecología y de la biología evolutiva.
Competencia (-,-):
Como sabes, en el ambiente existen diversos tipos de factores, bióticos y abióticos, los cuales son considerados recursos en tanto satisfacen las necesidades de los organismos para sobrevivir. Cuando un recurso escasea, los organismos que necesitan tal recurso compiten para obtenerlo. En términos generales, la competencia se produce cuando dos o mas organismos (o poblaciones) utilizan un mismo recurso limitado (escaso), de manera que ambos se ven perjudicados en esta interacción (-,-). Provocando, por ejemplo, una disminución en su supervivencia, en su crecimiento o en su reproducción
Tipos de competencia:
Cuando varios individuos de especies diferentes, dependen del mismo recurso es limitado, surge la competencia interespecífica. Si esta situación se produce entre organismos de la especie, entonces ocurre competencia intraespecífica. Ambos tipos de competencia pueden desarrollarse de dos maneras:
a- Competencia por explotación: En este caso, los organismos que compiten por un recurso no se ven directamente afectados por la presencia de otros organismos, sino por la reducción del recurso o por la creciente dificultad para encontrarlo, que ha ocasionado el organismo que encontró antes tal recurso.
b- Competencia por interferencia: En este caso la competencia se desarrolla de forma directa, es decir, cuando un individuo que busca un recurso, daña a otro en el proceso, o limita el acceso a dicho recurso. Por ejemplo, los animales que protegen su territorio, a menudo dejan señales que advierten de su presencia, denominadas marcas territoriales, como aquellas realizadas con orina. Si otro animal invade el territorio, puede ocurrir un encuentro agresivo entre ambos organismos. En este caso, el territorio es el recurso por el cual compiten los organismos.
Efectos de la competencia:
El biólogo ruso G.F Gause, en 1934, realizo en su laboratorio experimentos utilizando organismos de dos especies de protozoos. De acuerdo a sus resultados, y a investigaciones posteriores, Gause formulo el principio de exclusión competitiva, según el cual dos especies no pueden ocupar el mismo nicho, es decir, no pueden cumplir el mismo rol en el ambiente que habitan. Cuando los nichos entre dos especies se superponen, es decir, son muy parecidos, la competencia que se desarrolla entre ambas es muy intensa lo que puede determinar el desplazamiento o extinción de una de ellas.
Mecanismos para reducir la competencia:
Cuando 2 especies compiten tienden a diferir sus características morfológicas, conductuales y ecológicas, lo que se conoce como divergencia de caracteres, teniendo por finalidad reducir la competencia interespecifica.
1- Uso diferencial de ambiente: usan zonas diferentes del mismo hábitat
2- Diferenciación en el consumo de alimento: diversifican la dieta
3- Diferenciación en el horario de actividad: aprovechamiento del hábitat a
distintas horas.
Depredación (+,-):
Esta interacción se produce cuando un organismo de una especie (depredador) se alimenta de un organismo de otra especie (presa), lo cual implica la muerte del ser vivo que sirve de alimento al otro. Aunque, en un sentido más amplio, se ha incluido dentro de la depredación la interacción que se establece entre un animal herbívoro que se alimenta de estructuras de un vegetal, como las hojas, frutos o las semillas, la depredación ‘típica’ es aquella en que un animal carnívoro se alimenta de otros animales, que pueden ser carnívoros o herbívoros.
Hay que resaltar que tanto los depredadores controlan el número de individuos que componen la especie presa, como las presas controlan al número de predadores, ejemplo: el león y la cebra.
Otro ejemplo de esta relación muy especial entre los depredadores y el ecosistema, es que al controlar el número de especies pueden protegerlo de sacarlo de balance ya que si una especie se reprodujera sin control podría acabar con el balance de este ecosistema y posteriormente transformarlo, un ejemplo: El águila y la serpiente se alimentan de ratones, éstos a su vez se alimentan de determinados tipos de plantas, si uno de los depredadores se extinguiera el otro no podría disminuir la población de roedores y esto disminuiría la población de plantas.
Aunque la depredación afecta la densidad de una población, en algunos casos es posible que la relación depredador-presa alcance un punto de equilibrio en la dinámica poblacional. En este sentido, la depredación puede actuar eliminando a los individuos enfermos, viejos o mal adaptados y, por consiguiente, aumentar la sobrevivencia de los más fuertes y los más adaptados.
Parasitismo (+,-)
Es una interacción que se establece entre un organismo, denominado parasito, y otro individuo, del cual obtiene los nutrientes durante su vida, y al que le provoca un daño, pero sin causarle la muerte, por lo menos a corto plazo. El organismo del cual se alimenta el parasito se denomina hospedero, al que también se le conoce como huésped. El parásito puede vivir a expensas de unos pocos individuos hospederos a lo largo de su vida. Por lo tanto, existe una estrecha asociación entre el parasito y el hospedero.
Al parasitismo, se lo clasifica como un tipo de depredación ‘no verdadera’, si embargo se debe considerar que:
- Al contrario de la depredación, al parasito no le conviene la muerte del huésped
- La interacción parasito-huésped es permanente, no puntual como la depredación
Tipos de parásitos:
- De acuerdo al lugar en que se alojan:
1) Ectoparásitos_: Viven sobre su huésped, como pulgas y piojo.
2) Endoparásitos: Viven dentro del huésped, como tenias y áscaris
- De acuerdo a su tamaño:
1) Macroparásitos: Son visibles al ojo humano, Ej. : pulgas, hongos
2) Microparásitos: Infectan generalmente a células como bacterias, protozoos
Comensalismo (+,0):
Esta interacción se produce cuando un organismo (o población) se beneficia pero el otro no resulta afectado ( +,0)
Ejemplo: pez rémora y tiburón
Protocooperación (+,+):
Es una interacción en la cual dos organismos (o poblaciones) se benefician mutuamente, pero la interacción no es condición esencial para la sobrevivencia de ambos
Mutualismo (+,+):
En este tipo de interacción, dos organismos (o poblaciones) se benefician (+,+) y la asociación es obligatoria, de tal manera que ninguno puede existir sin el otro.
Ejemplo: termitas no pueden digerir la celulosa de la madera, pues carecen de las enzimas necesarias, pero en sus intestinos poseen protozoos que posibilitan la digestión de esta sustancia.
Comunidades:
Una biocenosis (también llamada comunidad biótica o ecológica) es el conjunto de organismos de cualquier especie (vegetal y animal) que coexisten en un espacio definido (el biotopo) que ofrece las condiciones exteriores necesarias para su supervivencia. Un biotopo y una biocenosis constituyen un ecosistema. La biocenosis puede dividirse en fitocenosis (especies vegetales) y zoocenosis (especies animales).
Una comunidad puede ser definida a cualquier nivel taxonómico o funcional y escala geográfica. De igual modo podemos hablar de la comunidad de microorganismos del intestino de un herbívoro, de la de mamíferos marinos del océano Atlántico o de la de depredadores de las sabanas de África oriental.
Estructura comunitaria:
Evidentemente que la estructura comunitaria está condicionada no sólo por factores bióticos, sino también por elementos físicos del ambiente. Las especies se distribuyen siguiendo las condiciones favorables de que disponen de manera continua o a lo largo de un gradiente. Así, las asociaciones comunitarias no tienen límites fijos como si fueran unidades discretas. Si definimos una comunidad en un hábitat particular, por la estrecha vinculación que tienen de sus componentes en el espacio compartido, una o más de las especies que la integran excederán el límite geográfico descrito.
En muy pocos casos las comunidades tienen límites definidos; suelen darse cuando el ambiente cambia abruptamente, como del agua a la tierra o de la plena luz a la entrada de una caverna. Aún así, pueden existir especies que de una u otra forma, flanquean dichos límites. En la mayoría de los casos, la delimitación de una comunidad particular constituye una descripción subjetiva, necesaria para su estudio. El cambio de una comunidad a otra en la naturaleza, se da de manera gradual, lo cual presenta un área de transición entre ambas comunidades, este espacio se denomina ecotono. El ecotono o zona de ecotonía es la zona de transición natural entre dos comunidades distintas. Generalmente, en cada ecotono viven especies propias de ambas comunidades y suelen ser zonas de mayor riqueza e interés biológico
Sucesión ecológica
Una comunidad no surge de manera repentina, si no que se desarrolla de manera gradual. Este desarrollo implica la sustitución de especies, lo que quiere decir que, en una etapa inicial de la formación de una comunidad, llegan ciertas especies colonizadoras, que son reemplazadas en el tiempo por otras, las cuales también pueden ser sustituidas, posteriormente, por otras. El proceso a través del cual se desarrolla una comunidad en el tiempo (cientos o miles de años), con sustitución de especies, se denomina sucesión ecológica. Es un proceso continuo en el tiempo, en el que se va pasando de una comunidad a otra, con diferentes especies cada una de ellas, hasta que se llega a una formación que se halla en equilibrio con el medio físico y que se denomina Comunidad clímax.
Se reconocen dos tipos de sucesión:
- Sucesión primaria: Es aquella que se desarrolla en una zona carente de comunidad preexistente, es decir, que se inicia en un biotopo virgen, que no ha sido ocupado previamente por otras comunidades, como ocurre en las dunas, nuevas islas, etc
- Sucesión secundaria: Es aquella que se establece sobre una ya existente que ha sido eliminada por perturbaciones, ejemplo: incendios, inundaciones, enfermedades, talas de bosques, cultivo, etc.
Dinámica de los ecosistemas: Niveles tróficos
Se llama nivel trófico en ecología a cada uno de los conjuntos de especies, o de organismos, de un ecosistema que coinciden por el turno que ocupan en la circulación de energía y nutrientes, es decir, a los que ocupan un lugar equivalente en la cadena trófica.
Los niveles tróficos se caracterizan así:
• Productores primarios. Son los autótrofos, aquellos organismos que producen materia orgánica «primariamente», partiendo de inorgánica, por fotosíntesis o quimiosíntesis.
• Consumidores. Son los heterótrofos, aquellos organismos que fabrican materia orgánica partiendo de la materia orgánica que obtienen de otros seres vivos; fabrican sus componentes orgánicos propios a partir de los ajenos. Los consumidores pueden a su vez proporcionar materia orgánica a otros, cuando son consumidos o cuando son aprovechados, por ejemplo, sus residuos. Según esto los consumidores se pueden clasificar en:
o Consumidores primarios. Los que se alimentan directamente de productores primarios, autótrofos, tales como plantas y algas.. Es posible, pero no frecuente, referirse a los consumidores primarios como productores secundarios, porque producen su propia materia orgánica, su composición, a partir de la materia orgánica que obtienen como alimento de los productores primarios.
o Consumidores secundarios: Son los organismos que se alimentan, comiéndolos o de otra manera, de los consumidores primarios. Se llama específicamente carnívoros a los que lo hacen consumiéndolos.
o Consumidores terciarios: Son los organismos que se alimentan de consumidores secundarios,
• Descomponedores: son aquellos seres vivos que obtienen la materia y la energía de los restos de otros seres vivos.
La importancia de los descomponedores radica en que son los responsables del reciclado de los nutrientes. Este proceso permite que la materia (los átomos y algunas moléculas) que ha ido pasando de unos organismos a otros pueda sea utilizada de nuevo por los productores, los que arrancan la cadena trófica. De esta forman se cierra el ciclo de materia en el ecosistema, lo que permite que el mismo átomo pueda ser reutilizado un número ilimitado de veces. Nada permite, sin embargo, por limitaciones termodinámicas, que la energía que ya ha circulado a través de la cadena trófica puede volver a ser utilizada.
Número de niveles
La segunda ley de la termodinámica pone un límite a la eficiencia de cualquier proceso, también a la de los organismos en la explotación de sus recursos tróficos. Esta constricción impone a su vez un límite al número posible de niveles tróficos, que no suelen pasar de siete aproximadamente en los ecosistemas continentales, aunque pueden ser más numerosos en los oceánicos.
Cadena trófica: Formada por una serie de organismos ordenados linealmente, donde cada uno se alimenta del anterior, y sirve a su vez, de alimento para el siguiente
Red trófica: Conjunto de cadenas tróficas interconectadas que se establecen en un ecosistema
sábado, 27 de septiembre de 2008
ECOLOGIA DE POBLACIONES
Los organismos no son entidades aisladas; coexisten con otros individuos, y de la interacción de unos con otros, depende, en gran parte, la abundancia y la distribución de una población. La interacción se establece entre organismos de la misma población, y entre ellos y los de otras poblaciones
La descripción de una población en términos cualitativos y cuantitativos es de gran importancia; bien sea para estudiar sus cambios a lo largo del tiempo y del espacio o para compararla con otras. Para este efecto se usan los parámetros de distribución y abundancia.
Distribución:
La manera de distribuirse los organismos de una población nos indica en cual de los tres patrones generales de distribución se encuadran dentro del espacio en que habitan. Estos tres patrones de distribución son: al azar, uniforme y agregada.
a) Distribución al azar o aleatoria: cada lugar del espacio tiene la misma probabilidad de ser ocupado por un organismo de la población o por otro. Es decir, la presencia de un individuo en un punto determinado no afecta la de otro en las inmediaciones.
b) Distribución uniforme, regular u homogénea: los organismos se ubican en el espacio a distancias regulares o semejantes entre sí. Para que una población se distribuya uniformemente, el ambiente debe ser homogéneo o continuo, y la relación entre los individuos, negativa. Esto último revela una tendencia de los organismos a evitar permanecer juntos. Al estar muy cerca ven disminuida su sobrevivencia.
c) Distribución agregada: los organismos forman grupos. Puede ocurrir cuando las características del medio son heterogéneas o discontinuas; es decir, sólo en ciertos lugares se encuentran las condiciones óptimas para los organismos o, como suele pasar, la presencia de un organismo en un lugar atrae a otros, pues resulta beneficioso para ellos.
Abundancia:
Es la cuantificación de los miembros de una especie de un determinado lugar. Se conocen varias formas para estimar la abundancia: densidad, cobertura, frecuencia, biomasa, entre otras.
a) Densidad: se refiere al número de individuos de una población por unidad de superficie o volumen, en el ambiente particular donde están distribuidos. Se puede decir por ejemplo: 5,5x106 bacterias por litro de agua o 1 pudú por km2 de bosque precordillerano.
b) Cobertura: corresponde a la proyección de los individuos sobre el sustrato en que viven. Es una medida útil para determinar la abundancia de organismos que son sésiles. Se expresa, en general, en metros cuadrados o como porcentaje ocupado por la especie respecto de un área total.
c) Frecuencia: se define como el número de veces en que aparece una determinada especie en un número de cuantificaciones.
d) Biomasa: Es la abundancia de una especie medida a través de la cantidad de materia orgánica que representa ella en el sistema o ambiente en que vive. Esto se expresa, por ejemplo, kg/m2 o g/cm2.
Crecimiento poblacional:
Otra forma de caracterizar una población es describir su crecimiento. El aumento o disminución del tamaño poblacional depende de la incorporación de nuevos individuos o de la pérdida de ellos.
a) Incorporación de nuevos individuos: el aumento del número de individuos en una población está determinado por dos parámetros: la natalidad y la inmigración:
Natalidad: Es la incorporación de nuevos individuos a través de eventos reproductivos. La reproducción y lo que es igual, la natalidad, está condicionada por distintos factores propios de la población: número de hembras, número de individuos en edad reproductiva y número de crías por evento.
La tasa de natalidad o número de nacimientos por cada cien o mil individuos de la población, es la forma de expresar la natalidad en términos cuantitativos. Esta tasa alcanza su valor máximo, característico de la especie cuando las condiciones ambientales son óptimas.
Inmigración: Es el ingreso de nuevos individuos a la población, provenientes de otros grupos poblacionales aledaños. La llegada de organismos depende en gran medida de factores ambientales que faciliten la inmigración.
b) Pérdida de individuos: la disminución del tamaño poblacional depende de la mortalidad y la emigración:
Mortalidad: En una población se expresa como tasa de mortalidad y se refiere al número de muertes en un período determinado o en una fracción de la población, por ejemplo: tasa de mortalidad en la población chilena o tasa de mortalidad infantil.
La tasa de mortalidad alcanza su valor mínimo si las condiciones ambientales son óptimas. Cuando no lo son, la sobrevivencia de los organismos depende de su biología (edad, sexo, determinantes genéticos) y del medio.
Emigración. El término expresa la salida de individuos de la localidad en que vive
Los ecólogos han elaborado una ecuación matemática para estimar la tasa de crecimiento ( r ) de una población, donde r es igual a la tasa de natalidad (b) menos la tasa de mortalidad (d). Esta ecuación se representa así:
r= b-d
Además, es necesario considerar la inmigración y la emigración para estimar la tasa de crecimiento de poblaciones de manera más exacta. Así, r es igual al valor de la tasa de natalidad (b) menos la tasa de mortalidad (d), mas el valor de la inmigración (i) menos la emigración (e). Esta ecuación se representa de la siguiente manera:
r= (b-d) + (i-e)
Formas de crecimiento de las poblaciones
Si se grafica el aumento del número de individuos de una población, en función del tiempo, la curva puede tener dos formas que representan el patrón de crecimiento de una población: crecimiento exponencial o geométrico, cuya curva aritmética tiene forma de J, y crecimiento logístico, cuya curva tiene forma de S (sigmoide).
Crecimiento exponencial:
En una población con patrón de crecimiento exponencial, la tasa de crecimiento es constante: a mayor tamaño de la población, mayor es su rapidez de crecimiento. Por ejemplo, si una bacteria se reproduce cada veinte minutos, a los cuarenta minutos habrá 4 bacterias, en una hora habrá 8, en dos horas habrá 64, en tres horas 512, y en diez horas mas de 1.000 millones de bacterias. Esto ocurre cuando la población se encuentra en condiciones ambientales óptimas, es decir, con recursos ilimitados.
¿Pueden las poblaciones crecer en forma exponencial indefinidamente? Se ha demostrado, bajo condiciones experimentales, que ciertas especies presentan un patrón de crecimiento exponencial, pero durante un periodo corto de tiempo. Esto se debe a que el ambiente impone límites, que en conjunto, se denominan resistencia ambiental. Por ejemplo, las bacterias señaladas anteriormente, no podrían crecer exponencialmente durante mucho tiempo, porque comenzarían a agotarse los recursos ambientales disponibles, como el alimento y el espacio.
Crecimiento sigmoideo o log
ístico:
Si el tamaño de una población, que es controlado por la resistencia ambiental, se grafica en un periodo de tiempo prolongado, la curva de crecimiento tendrá forma de S (sigmoidal). Al interpretar esta curva, se aprecia que al comienzo la población se multiplica con lentitud, luego con rapidez y nuevamente lo hace en forma lenta, debido al aumento de la resistencia ambiental, en un periodo más extenso de tiempo, la rapidez de crecimiento disminuye hasta detenerse. Este equilibrio se produce cuando el ambiente llega a los límites de su capacidad para ¨ sostener ¨ la población.
El límite superior de la curva representa la máxima capacidad de carga ( K ) o tamaño de la población más grande que puede soportar, durante un tiempo indefinido, un ambiente determinado
La resistencia ambiental se establece cuando hay factores que se oponen a la plena expresión del potencial biológico de una población. En la naturaleza, se dan raramente las condiciones ambientales óptimas, por lo que la capacidad intrínseca de incremento natural de una población se reduce, es una capacidad más real o ecológica. La diferencia entre la capacidad intrínseca natural y la capacidad real de crecimiento corresponde a la resistencia ambiental. Si los recursos del ambiente son limitados, al aumentar los individuos incrementan progresivamente las restricciones ambientales, y consecuentemente disminuye la capacidad de crecimiento poblacional. De acuerdo al modelo logístico, cuando los individuos son pocos, la expresión de la resistencia ambiental tiende a 1, de tal modo que la capacidad intrínseca de incremento se puede expresar casi íntegramente. Si el número de individuos de la población alcanza la capacidad de carga del ambiente, el valor de dicha expresión se hace igual a 0, y por consiguiente, el aporte de la capacidad intrínseca de incremento se anula. En términos biológicos, cuando el incremento poblacional se hace igual a 0, significa que la natalidad y la mortalidad son iguales.
lunes, 11 de agosto de 2008
TRADUCCION DEL CODIGO: SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
En 1908, el médico inglés sir Archibald Garrod dictó una serie de conferencias en las que establecía un nuevo concepto de las enfermedades humanas que denominó "errores innatos del metabolismo". Se adelantó en casi medio siglo al postular que ciertas enfermedades, debido a la incapacidad del organismo para realizar determinados procesos químicos, son hereditarias.
Garrod estudió la enfermedad llamada alcaptonuria; en ella los enfermos excretan un compuesto llamado ácido homogentísico que vuelve oscura a la orina. Este compuesto puede generar problemas visuales y artritis. Garrod supuso que las víctimas de esta enfermedad excretaban esta sustancia debido a que la reacción enzimática necesaria para transformarla estaba bloqueada. El doctor Garrod fue el primero en sugerir que los genes y las enzimas estaban relacionados y, por lo tanto, que los genes estaban ligados a las reacciones químicas del organismo.
En la década 1940-1950, G.W. Beadle y E.L. Tatum de la Stanford University, en California, trataron esporas de un hongo Neurospora con rayos X o rayos ultravioleta para ver si las esporas expuestas a la acción de estos agentes habían mutado de algún modo. Estos investigadores mostraron particular interés por comprobar si la capacidad de sintetizar sustancias había sufrido alteración.
Sobre la base de los resultados experimentales, Beadle y Tatum propusieron la teoría "un gen - una enzima", conocida en la actualidad como teoría "un gen - un polipéptido". Esta postula que los genes ejercen su acción controlando la formación de polipéptidos.
Al considerar la acción génica que controla el fenotipo de los individuos según los descubrimientos mencionados, conviene preguntarse de qué manera el ADN controla y regula la síntesis proteica.
Para abordar esta pregunta es necesario recordar los siguientes hechos:
a) Las proteínas son moléculas que desempeñan múltiples y útiles funciones en nuestro organismo. Son necesarias para el crecimiento y reparación de tejidos dañados, incluyendo la cicatrización de heridas, reparación de la piel y elaboración de anticuerpos. Las proteínas son importantes componentes de todas las membranas celulares y funcionan como moléculas transportadoras y receptoras. Otras proteínas, fuera de la célula, como el colágeno y la elastina, proporcionan al tejido conjuntiva su resistencia, ayudando así a soportar todo el cuerpo. Un grupo amplio e importante de proteínas actúa como enzimas, algunas de las cuales funcionan extracelularmente, en tanto que muchas otras actúan en el interior de las células.
a) Las proteínas son moléculas complejas compuestas por secuencias determinadas de aminoácidos. Existe una veintena de aminoácidos que pueden combinarse en innumerables formas, constituyendo proteínas de variada estructura
b) Los genes controlan la síntesis de proteínas. ¿Qué es exactamente un gen? Un gen es un segmento de una molécula de ADN que lleva la información genética codificada para la síntesis de una proteína particular.
c) Un gen debe portar un código para que se puedan unir ciertos aminoácidos en una secuencia determinada.
Un código es un sistema de símbolos utilizados para transferir información de una forma a otra. El lenguaje escrito es un tipo de código inventado por el hombre para expresar ideas y comunicarse entre sí. Nuestro abecedario consta de 28 símbolos, que son las letras; con ellas se pueden formar muchas palabras, simplemente, combinándolas. Evidentemente, cualquier persona que desconozca el código representado por el abecedario del idioma castellano es incapaz de interpretarlo.
La mayor parte de las palabras se forman con 2 ó más letras. Por ejemplo pala, casa, casado, ramo. Palabras diferentes se pueden construir a partir de las mismas letras con una simple reordenación. Así tenemos: pala/lapa, casa/saca, casado/sacado, ramo/amor.
El trabajo realizado para descifrar el código genético ha sido uno de los capítulos más interesantes en la historia de la investigación biológica. En 1961, Marshall W. Nirenberg y J. Heinrich Matthaei que investigaban en el Instituto Nacional de Salud de Bethesda, Mariland, realizaron exitosamente los primeros experimentos tendientes a averiguar qué secuencia de bases codifican cada uno de los 20 aminoácidos.
El problema de fondo con la síntesis de proteínas es que se trata de construir secuencias de polímeros de 20 tipos de aminoácidos distintos a partir de un plano entregado por el ARNm que posee secuencias de sólo 4 tipos de bases nitrogenadas.
Evidentemente no puede existir una relación uno a uno entre bases nitrogenadas y aminoácidos, sencillamente porque sólo hay 4 bases para 20 aminoácidos. Si, por el contrario, la "traducción" se hiciera a partir de pares de bases nitrogenadas, las combinaciones posibles serían: AA, AT, AC, AG, TT, TA, TC, TG, CC, CT, CA, CG, GG, GT, GA, GC = 16 combinaciones. Es decir, tampoco sería posible pues aún sería necesario traducir otros 4 aminoácidos.
Finalmente, si se usan tríos o tripletes de bases nitrogenadas, como por ejemplo, AAA, ATC, CGT, etc. las combinaciones posibles sobrepasan ampliamente los 20 aminoácidos que debe codificarse.
En efecto, los 20 aminoácidos están representados en el código genético por la agrupación de tres letras (triplete) de las cuatro existentes. Si uno considera las posibilidades de arreglo de cuatro letras agrupadas de a tres resulta que tenemos 64 posibilidades de palabras a codificar, o 64 posibles codones (secuencias de tres bases en el ARNm que codifica para un aminoácido específico o una secuencia de control).
El código genético se descubrió en base a experimentos como el siguiente.
Se fabricó un ARNm construído exclusivamente con guaninas, el que se "puso a trabajar" en un sistema de síntesis de proteínas in vitro. En la medida que las guaninas eran "leídas", se formaron polímeros de aminoácidos o polipéptidos formados exclusivamente por el aminoácidos leucina. Es decir, si el codon posee tres guaninas, el código apunta "leucina" y lee el siguiente codon. Con distintas combinaciones de bases en ARNm sintéticos, fue posible conocer el código completo.
En la tabla de la figura 10 se resume el código que permite traducir los codones en aminoácidos.
En la traducción del código, es decir, en el proceso mismo de la síntesis proteica, interviene una variedad de sustancias y organelos: ribosomas, ARNm, ARN de transferencia (ARNt), nucleótidos del medio y además, una serie de proteínas y enzimas citoplásmicas.
El ARNt es una molécula de una barra, torcida sobre su eje como una horquilla para el pelo. Al final de la molécula se encuentra un triplete de bases de citosina y guanina. Es aquí donde actúa una enzima activante para enlazar el aminoácido apropiado. La energía para la unión del aminoácido al ARNt proviene de la conversión de ATP (adenosín-trifosfato) a AMP (adenosín-monofosfato). Es decir, es un proceso que requiere energía.
En el extremo, el ARNt tiene tres bases no apareadas (el anticodón). Estas tres bases encajan en el triplete complementario a lo largo del ARNm (el codón). Así, por ejemplo, un ARNt con triplete AGU encaja en el punto del ARNm donde se encuentra la secuencia de las bases ACU. Un ARNt con un triplete de bases ACU se orientará en la molécula de ARNm en el lugar donde aparece el triplete AGU.
Los ribosomas son los organelos citoplasmáticos que sirven de sustrato físico para la traducción, es decir, es "donde" se produce la síntesis proteica. Cada ribosoma está formado por una subunidad liviana y una pesada. La subunidad liviana tiene una hebra de ARN ribosomal y 21 proteinas diferentes. La subunidad pesada consiste en dos hebras de ARN ribosomal y 34 proteínas diferentes. La subunidad liviana tiene el sitio para que se pegue el ARNm. Tiene un rol crucial en la decodificación del ARNm pues monitorea el apareamiento de bases entre el codón del ARNm y el anticodón de ARNt. La subunidad pesada tiene dos sitios para el ARNt. Cataliza la formación de la unión entre dos aminoácidos contiguos (enlace peptídico).
Cabe señalar que tanto el ARNt como el ARNr tiene origen en genes específicos del ADN, por lo que ambos provienen del núcleo, al igual que el ARNm.De esta manera la secuencia de bases existentes en la molécula de ARNm, originalmente determinada por la secuencia de bases de la molécula de ADN, determina el tipo de ARNt. Por supuesto, esto representa una selección indirecta del tipo de aminoácido que formará parte de la cadena proteica.
A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la molécula del ARNm, el código es leído por las moléculas de ARNt, formándose una cadena creciente de polipéptidos; cuando ésta se completa, se libera.
TRANSCRIPCIÓN
Conocido el flujo de la información génica, explicaremos ahora cómo de produce el proceso de transcripción ADN a ARN y luego cómo el ARN es leído para fabricar proteínas específicas.
La formación del ARNm, a partir de la molécula de ADN, empieza cuando ésta se abre y, sobre una de las dos bandas, se va construyendo la barra única del ARNm. Este proceso de transcripción está catalizado por una enzima, la ARN polimerasa y empieza precisamente cuando esta enzima se combina con una porción de la molécula de ADN conocida como promotor. Luego continua con el "apareamiento" de las bases complementarias: guanina con citosina; adenina con timina; y uracilo frente a adenina. El producto de la transcripción es el ARNm que deja el núcleo y transporta la información al citoplasma, específicamente, a los ribosomas donde tiene lugar a traducción del código.
REPLICACIÓN DEL ADN
De acuerdo con el modelo de Watson y Crick, la duplicación del ADN comienza con la separación de la molécula en dos bandas debido al rompimiento de los enlaces de hidrógeno que unen las bases complementarias. Una vez expuestas, las bases de cada una de las mitades separadas pueden atraer a los nucleótidos libres existentes en el medio. Cada citosina expuesta se unirá a un nucleótido de guanina; cada timina a un nucleótido de adenina, etc.
De esta manera, resultan dos moléculas hijas, cada una de las cuales está conformada por una barra parental y otra nueva. Este modelo de replicación o autoduplicación de la molécula de ADN se conoce como "replicación semiconservativa".
El conocimiento bioquímico actual sobre el proceso de replicación de la molécula de ADN es, básicamente, el propuesto por Watson y Crick. Al igual que en todas las reacciones biológicas se requieren enzimas especiales. Una de éstas, la ADN polimerasa, une a los nucleótidos de la nueva cadena de ADN a lo largo del molde de la cadena vieja.
Junto con estas enzimas, en el proceso de replicación del material génico actúa todo un complejo de proteínas y otras enzimas que desempeñan variadas funciones. Esto, sin mencionar los nucleótidos de adenina (ATP), de guanina (GTP), etc. que aportan la energía para el proceso.
FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA
En los años veinte se encontró una molécula similar al ADN, también un ácido nucleico, que tenía unidades similares pero con diferencias en el azúcar y en una de sus bases nitrogenadas, que se llamó ácido ribonucleico (ARN). Esta molécula aparecía en mayor concentración en aquellas células que mostraban una alta actividad de síntesis de proteínas. Lo interesante del ARN era que a diferencia del ADN exclusivamente nuclear, parecía encontrarse tanto en el núcleo como en el citoplasma de la célula. Teniendo presente que las proteínas se sintetizan justamente en el citoplasma, se postuló que podría servir de mediador entre el ADN y la síntesis proteica. En base a esta hipótesis, un grupo de investigadores ideó un experimento que aprovecha la composición particular que tiene el ARN: en vez de la base nitrogenada timina, posee uracilo.
En el experimento se incubaron células con uracilo marcado radiactivamente con tritio (un isótopo del hidrógeno) durante 60 minutos, lo que se llama "un pulso". Luego de retirar el nucleótido radiactivo, se reemplazó con uracilo normal, incubando por dos horas más. Las células se observaron mediante autoradiografía, una técnica que permite localizar marcas radiactivas, en dos momentos: inmediatamente tras el pulso radiactivo y luego de las dos horas de incubación con los nucleótidos normales.
Tal como muestran las autoradiografías, el uracilo (y por tanto el ARN) migra desde el núcleo hacia el citoplasma. Con esto se confirma la posibilidad que el ARN sirve de intermediario entre el gen del ADN y la síntesis de proteínas. Con posterioridad, a esta molécula se le llamó ARN mensajero o ARNm.
De esta manera, el flujo de la información génica se podría representar de la siguiente manera:
El ADN contiene la información genética en forma de un código de cuatro letras (A,T,G,C)
Un tipo de ácido ribonucieico llamado ARN mensajero toma esta información de la molécula de ADN (transcripción) y la transporta hasta los ribosomas. C. En estos organelos el mensaje portado por el ARN mensajero es traducido expresándose en forma de polipéptidos (traducción).
Modelo de acción génica: dogma de la biología molecularEl modelo de la acción génica, esquematizado en la figura 5, llamado el dogma central de la biología molecular, contiene varias ideas importantes que es necesario subrayar.
· La formación de determinada proteína implica la ordenación de los aminoácidos que la constituyen en una secuencia determinada.
· La información codificada en la molécula de ADN se transmite al ARN mensajero (transcripción) que la lleva al sitio de síntesis proteicas (ribosomas).
· Una vez en los ribosomas, el código es traducido fielmente, formándose la proteína indicada (traducción).
Suscribirse a:
Entradas (Atom)