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Bienvenido al curso MOOC NPTEL sobre bioingeniería de una interfaz con la biología y la medicina. En las dos últimas conferencias, discutimos varios temas y tratamos de entender por qué la biología es necesaria para los ingenieros, de qué manera la disciplina de la bioingeniería ha hecho un enorme impacto. Hoy, vamos a empezar con algunos fundamentos y discutir sobre las propiedades de la vida y los procesos. Algunas de las propiedades y procesos que están asociados con la vida, pero que primero iniciemos lo que es la vida?Así que de manera muy simple podemos decir que la vida es lo que la gente viviente hace, vemos su actividad y podemos identificar fácilmente que lo que está viviendo y lo que está muerto. A nivel celular, sus diversas vías bioquímicas que regían la producción de energía que es una energía química obtenida de las moléculas de alimento. Y entonces esta energía es requerida para que los procesos de vida sucedan. El mundo viviente tiene tanta diversidad y complejidad.¿Cómo tener sentido de ellos?Así que vamos a ver algunas propiedades de la vida y le proporcionaré algunas ilustraciones para varias propiedades mostrando un organismo ilustrativo. Todas estas fotos se toman del libro de Campbell que es el libro recomendado en IITBombay para este curso de pregrado. Los números de la figura también se refieren a la edición de la 10ª edición de Campbell. Así que usted puede seguir este libro y también puede seguir estas leyendas y detalles de este libro. Vamos primero a empezar con el procesamiento de energía. Como se puede ver en la imagen, la mariposa se muestra está tratando de obtener la energía del néctar de las flores. El uso de esta energía química que se almacena en su comida y ahora puede alimentar el vuelo y otras palabras. Veamos el girasol. Cuánto orden tenemos en esta flor, que ilustra usted sabe muy hermoso ejemplo de la estructura simétrica que caracteriza la vida. Ahora vamos a mirar el conejo de Jack que ilustra la regulación. Cómo el flujo de sangre se regula en los vasos sanguíneos e incluso el oído en este caso ayuda a mantener la temperatura corporal constante y usted sabe cuando el conejo está corriendo fastit generar mucho calor, por lo que ahora la oreja intercambia esos intercambios de calor en los alrededores de aire y tratar para mantener la temperatura del cuerpo. Veamos este caballo de mar de pygmy que proporciona ejemplo para la adaptación evolutiva. La apariencia de este caballito de mar pigmeo es bastante camuflado el medio ambiente que usted sabe que usted puede ver en el color rojo y tales adaptaciones evolucionaron sobre las muchas generationswill en realidad usted sabe que probablemente se convertirá en parte de la hereditaria.Y eso es algo que usted sabe que es parte del darwinismo que vamos a talklater en como parte de la evolución que cuántos de estos usted sabe cambios positivos que tenemos que adaptar puede en realidad usted sabe lo mejor adecuado para el medio ambiente en realidad podría ser parte de la hereditaria y puede pasar de la una a la siguiente generación. Veamos esta semilla de roble, uno de los ejemplos de una planta que muestra el desarrollo del crecimiento que es necesario para todos nosotros. Esta información heredada en la planta se continuará a la próxima planta de la planta de semillero y luego se requiere para el crecimiento y el desarrollo Todos ustedes pueden ver este flytrap de Venus y es un ejemplo interesante que como en respuesta al medio ambiente esta trampa es rápidamente usted sabe que obtiene su estímulo y sabemos que se ha cerrado tan pronto como ve la mosca que aterriza en esta trampa predictora. Así que en respuesta al ambiente puede hacer esas acciones inmediatas inmediatas y ahora puede responder a esa condición ambiental. Hablemos ahora de que usted sabe la reproducción que es uno de los organismos vivos. En el ejemplo usted puede ver la jirafa, pero eso es bastante común a cada ser viviente donde una jirafa bebé está de pie cerca de su madre, ella ¿Cómo podemos pensar acerca de las formas de vida? ¿Cómo se piensa en las formas de vida?Así que el nivel de organización biológica está empezando por la biosfera, el ecosistema, la comunidad, mirando el organismo de la población, luego los órganos, los tejidos, las células, los organelos y las moléculas. Así que todas estas propiedades son sabidas gobernadas a un nivel de sistemas y se requiere una organización biológica mucho más grande para que las formas de vida realmente ocurran. Y esta información entonces tiene que transmitir de una a la siguiente generación y en el proceso que es el dogma central es uno de los conceptos fundamentales donde la información del ADN se transcribe a la La transferencia de energía y de la materia es muy crucial porque la forma en que los flujos de energía en el ecosistema se rigen por una relación intrincada de varios procesos que están implicados en este ciclo químico. Las interacciones son, por supuesto, muy importantes para los procesos biológicos, las formas de vida que se producen tanto en el nivel ambiental con el organismo como también en el nivel de biomoléculas de varios tipos de biomoléculas en la forma en que interactúan es muy crucial para las formas de vida Vamos a pensar ahora en la evolución que es uno de los temas centrales de la biología, un concepto muy interesante y a medida que vamos a lo largo de las conferencias veremos que es comprensible que usted conozca las propiedades bioquímicas y conocer estos biomoléculas y luego tratar de relacionar que a nivel evolutivo proporciona muy interesante y de pie del tema central de la biología que es la evolución. Así que los organismos tienen una morfología muy distinta, pero tienen un nivel todavía muy común el nivel bioquímico. Así que en la pantalla le estoy mostrando una imagen. ¿Puede identificar lo que es este organismo en particular?Alright, por lo que usted ha mencionado a la derecha, es la bacteria que es Escherichia coli. Ahora vamos a ver la siguiente imagen. Esta es la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Veamos ahora esta imagen de la planta. Esto es Thale cress o Arabidopsis thaliana. Veamos este gusano. ¿Qué es este?Este es un gusano redondo o C. elegans. ¿Cuál es esta imagen?Esto usted sabe pequeña cosa microscópica que usted sabe que algo parece como ésos son yeastsaccharomyces cerevisiae. Y por supuesto usted sabe humano que es el Homo sapiens. Así que si usted los mira en el nivel morfológico, ellos son muy diferentes, muy diferente, pero cuando usted va a su nivel de ADN, el ARN y el nivel de proteína en las propiedades bioquímicas usted encontrará que usted será sorprendido de hecho para ver que la uniformidad notable que tenemos en el nivel molecular. Entonces entonces eso probablemente indica que todos hemos surgido de algún ancestro común. ¿Sobre qué célula isa?En primer lugar trataré de calibrarte en la discusión y tratar de averiguar tu comprensión de la célula de abouta. Es una de las unidades estructurales y funcionales de la vida. Podría haber más definiciones de célula. Es la unidad básica de un organismo de una estructura y función. Es fundamental para los sistemas vivos de la biología como usted sabe la manera en que usted define los átomos en el campo de la química. Y es una de la colección más simple de la materia que puede estar viva. Así que en muchas maneras usted puede definir la célula, pero fundamentalmente está definiendo un sistema vivo de biología.Tenemos miles de millones de células en nuestro cuerpo y sólo imaginamos que esos miles de millones de células tienen realmente trabajo de una manera muy orquestada juntos para gobernar muchos de los procesos de la vida y lo que estamos estudiando en este momento sólo una célula y cómo esa célula, diferentes organelley sus propiedades cómo están reguladas. Usted sólo imagina que usted sabe que el sistema de vida es tan complejo y qué tan hermosa itis que usted sabe que miles de millones de células tienen que actuar en un hombre muy obediente de lo contrario si comienzan a realizar usted sabe en esta manera regulada que puede agregar hasta toor que puede causar algunas enfermedades a la derecha. Usted aquí es usted sabe del cuerpo humano, hay miles de millones de cellposible y ahora si usted mira a uno de los núcleos celulares que tiene todo el contenido nuclear, tiene todos los cromosomas entonces estamos mirando los segmentos de ADN y entonces estamos definiéndose que con los genes que estamos interesados en estudiar por ejemplo. Así que cómo usted sabe unidades pequeñas estamos hablando si usted piensa en empezar de humano. Ahora sólo usted sabe análogo a eso como una célula si usted piensa acerca de usted sabe una maquinaria compleja como un avión o como un coche, la manera que usted tiene usted sabe un montón de circuitsand intrincado las wirings dentro de estas máquinas dentro de estos usted sabe el Del mismo modo en la célula incluso para comunicarse de uno a otro organelle, la información para pasar de uno a otro nivel requiere mucha coordinación y es noless que en un circuito que se puede ver en el coche en el lado derecho, pero dice el circuito mostrado en el lado izquierdo para esta célula y hay de hecho que usted conoce a los científicos que están tratando de entender la célula más como en un circuito en el que cambiar la onecomponent a otro componente cómo eso puede obstaculizar o cómo eso puede acelerar el diferentetipo de funciones. La gente de la ingeniería estudiar la célula como usted sabe en la manera eléctrica para ver que usted sabe cómo los diferentes circuitos están gobernando este tipo de funciones de la vida. Así que si usted no piensa en la célula a nivel estructural, la mayoría de las células se encuentran en el diámetro de 1 a 100 micras y por supuesto usted sabe la célula más grande como usted sabe el cuándo usted va a tomar el huevo de gallina que son visiblemente usted puede ver de la vista desnuda, pero cuando usted quiere empezar a mirar las células más pequeñas entonces usted necesita la luz microscopina cuando la mayoría de la planta y la célula animal que desea ver se puede ver con el microscopio de luz. Y entonces si usted quieren ver sus detalles ultra-estructurales, diferente tipo de organelle o youwant para estudiar bacterias o virus, esas cosas que tienes que ver con la microscopía electrónica.Así que para estudiar las células lo que realmente sabes que hizo una gran revolución en biología es el youknow varios tipos de microscopía avanzada.Nuestra capacidad de conocer la célula sobre diferentes organelos celulares y observar sus detalles de ultra-estructuralera sólo posible debido a los diversos avances que habían sucedido en el campo de la microscopía.Así que no vamos a hablar mucho más detalle en este momento sobre usted sabe de varios tipos de microscopía, pero he ilustrado una imagen aquí en la pantalla que le muestra varias secciones takenfrom diferentes células y diferente tipo de microscopía que se utiliza para obtener esas imágenes. Por ejemplo de la izquierda si usted ve la imagen de campo brillante para el espécimen sin mancha se muestra y luego en el lado derecho de que se mancha la imagen de espécimen es shown.Entonces, la siguiente es la imagen de contraste de fase y luego tenemos diferencial-interferencia-contratiempo shown.Entonces, tenemos la imagen de fluorescencia, entonces en la derecha lado de que tenemos un confocalsin y luego el siguiente es confocal con la imagen y luego podemos ver la imagen deconvolutionimage en el lado derecho. Y esa es la super-resolución; de nuevo tenemos el usted sabe los cambios de esa variantform en el lado derecho. Ahora usted mira la tercera imagen que es el microscopio electrónico de barrido o SEM y tenemos la transmisión de microscopía electrónica o TEM.Estoy seguro de que usted debe preguntarse ahora que usted sabe que hay muchos tipo de microscopía disponible y cómo son usted sabe capaz de proporcionar estas informaciones. Así que en realidad todas las variantes de la microscopia de luz son Se muestra aquí excepto la microscopía electrónica de barrido y la microscopía electrónica de transmisión que forma parte de los microscopios electrónicos, todo lo demás es microscopía ligera.La microscopía de luz va a permitir la imagen de una célula viva, mientras que el microscopio electrónico sólo se puede estudiar cuando se tienen las células muertas, ya que hay que hacer las secciones cuando se está mirando los detalles ultra-estructurales. Tan sólo una especie de sentido amplio le da un poco de sentido y siente que si usted quiere mirar las células de la vida tiene que utilizar la microscopia de luz y sus variantes. Si usted está mirando el detalle ultra-estructural entonces usted tiene que arreglar la célula, usted tiene que hacer las secciones, usted tiene que saber que la célula va a estar muerta de hecho y thenyou puede utilizar diferentes tipos de exploración de nuestro electrón de transmisión microscopy alright. Así que ahora vamos a venir a varios tipos de células y en la pantalla le estoy mostrando una imagecan usted reconoce lo que esta imagen es?¿Qué tipo de organismo está ilustrando esta imagen en particular?Alright, así que usted está en lo correcto, es la bacteria, es la célula procariótica y cuando sayprokaryote, significa pro significa antes y karyon significa núcleo. Así que esto no posee un núcleo muy verdadero derecho. Así que déjennos clase de estoy mostrándole alguna flecha y usted tiene que adivinar ahora de sus estudios anteriores y la comprensión previa de una bacteria que lo que organelos se muestran en la pantalla. Así que este primero es un nucleoide. Ahora lo que se muestra aquí es un cromosoma bacteriano, sí usted está en lo correcto es la flagela y el paso a la pared celular y ahora se puede ver el plasma membrana.Entonces, tenemos ribosomas las partículas diminutas y nucleoide es usted sabe el componente principal del ADN bacteriano que es en realidad libre de flotar en el citoplasma; no es una membrana nuclear de insidea encerrada que clase de usted sabe hace una distinción entre los prokaryotescon la derecha de eucariotas. Así que ahora vamos a ver esta imagen y se puede adivinar lo que esta particular que usted conoce célula es?De acuerdo esto es una célula animal proveniente de eucariotas. Así que ahora volvamos a ir a las flechas y tratar de encontrar las etiquetas para ellos. Así que la primera es que usted está en lo correcto es el núcleo. Entonces, ¿cuál es el papel del núcleo?Bueno bienvenido al papel de cada uno de ellos en mucho más detalle en algún tiempo, pero idealmenteesto usted sabe que toda la información genética se almacena con los diversos contenidos nucleares que se encuentran en el núcleo que tiene el ADN, el ARN, este material allí y esta información tiene que pasar entonces de los varios otros organelo que están rodeando a ellos para pasar de uno a la siguiente célula. Y entonces mucho de usted sabe que la comunicación intrincada está realmente involucrada dentro de la célula y de una a otra célula también. Así que vamos a hablar de estas cosas, pero vamos a seguir tratando de adivinar, ahora la siguiente flecha que es la Entonces, viene las partículas diminutas, que es ribosomas y luego tenemos estos, los de color verde lo que se muestra es el aparato Golgi. Entonces, tenemos mitocondrias y peroxisomas. Este es microvilli. Estos son elementos citoskeletal y ahora tenemos centrosomes, por último, esto es un flagellumum y tenemos el retículo endoplásmico mostrado en la red por allí, tenemos entonces lisosomas. Así que sólo una especie de refresca usted acerca de usted sabe lo que ha estudiado en el pasado en relación con la célula y su organelle diferente. para getyou saber la singularidad morfológica de los prokaryotes a diferentes tipos de eucariotas. Y ahora vamos a adivinar cuál es esta imagen que se muestra en la pantalla para esta célula eucariota. Así que esta es una célula de la planta y ahora vamos a pasar a mirar a usted sabe los diferentes componentes de estas células de la planta. Sí, así que en la flecha lo que se muestra ahora, es un núcleo y ahora tenemos retículo endoplásmico, luego ribosomas, hay algo que es muy diferente a las células animales derecho que es un volumen mucho más grande un vacío central. Entonces, tenemos los elementos citoesqueléticos. Ahora tenemos cloroplastos que es de nuevo usted sabe uno de la característica distintiva de las células de la planta, plasmodesmata.Entonces, tenemos una pared celular muy gruesa y una membrana de plasma. Entonces, estos son peroxisomas, mitocondrias, aparatos de Golgi. Así que muchos de estos organelos son comunes en la célula y la célula animal, pero hay cierta organela única que da a las células de la planta más adaptabilidad para usted sabe para ellos para livear el campo abierto en el medio ambiente. Y hacer muchos procesos que están haciendo diferentes a las células animales. Así que vamos a hablar de las funciones en algún tiempo, pero ahora vamos a pasar de nuevo la tinta acerca de las amplias categorías de prokaryotes y eucariotas. Tan ampliamente como discutimos pro significa primitivo y karyon significa núcleo y medios de la ue avanzados. Cuando tenemos un límite distante del núcleo entonces decimos que esta es la célula eucariota sibilancias que se difunde en el citoplasma entonces que es un prokaryote. Así que los diversos organismos que podrían ser divididos en 3 grupos fundamentales. La bacteria, que antes se conoce como Eubacterias o Archaea que se conoce anteriormente como Archaebacteriay Eukarya que es un eucariote. Esta distinción se puede hacer sobre la base de sus características bioquímicas, así como estos grupos fundamentales son conocidos como domains.Un científico Carl Woese, sugirió agrupar estos organismos en 3 dominios en la base de sus propiedades de ARN ribosomal de 16S. Lo que se muestra en la imagen aquí es una red enredada de la vida. Muestra el dominio Eukarya, dominio Archaea y bacterias de dominio, pero también muestra que usted sabe de las proteobacterias y cianobacterias cuando usted sabe que más Archaea y theEucarya fueron generados especialmente los metanógenos, termofilos, animalia, hongos y planta.Entonces, tenemos que saber que la parte de la transferencia de genes horizontal fue visto y probablemente cloroplastsand mitocondria jugó un papel importante en Tan ampliamente cuando estamos pensando en 3 dominios de la vida, tenemos bacterias, un par de ejemplos se muestran Escherichia, Salmonella, tenemos Bacillus.En el caso de Archaea, tenemos ejemplos como Metanococcus, Archaeoglobus y Halobacteriumand en el caso de Eukarya tenemos ejemplos como Saccharomyces, Homo sapiens y Zea mays. Así que estas ramas indican el patrón de divergencia de los antepasados comunes. Y la distinción de secuencia de ADN define que estos son los 3 principales dominios de la vida. El camino evolutivo en realidad podría ser analizado en base a sus propiedades bioquímicas. de las clases de usted sabe estos 3 dominios de la vida Archaea en algunos más detalle, vamos a estar hablando de que usted sabe más detalles funcionales para ambos prokaryotesy eucariotas que usted sabe en las conferencias posteriores, pero háganos saber brevemente discusacerca de Archaea.¿ Qué son los Archaea?Son super-criaturas porque pueden vivir en el ambiente muy caliente que es como un termomófilos. Pueden vivir en los campos de sal. También pueden vivir en el medio ambiente de gas metano o conocido como metanógenos. Así que estos son ustedes saben muy extrema condición ambiental y el organismo para sobrevivir en las condiciones de trabajo tienen que realmente adaptar esos y entonces sólo ellos pueden saber sobrevivir con las condiciones de trabajo. Así que este Archaea son en realidad procariotas que están distantemente relacionados con los organismos de las bacterias. Sus membranas celulares tienen algunas propiedades químicas que las hace diferentes de ambos prokaryotesy eucariotas. Significa que tienen cierta singularidad como su membrana celular no contiene fattyacid, pero contiene alguna rama de la molécula que se conoce como isoprenes, así que mirándolo parece que no son el prokaryote, pero más bien tenían cierto que usted conoce uniquenesshich les da una identidad única.Y sólo imagínese biológicamente por qué es importante para nosotros saber acerca de este tipo de organización por qué tenemos que estudiar este tipo de condiciones extremas. Imagínese que usted sabe cuando la gente está observando la naturaleza y mirando incluso las condiciones de la naturaleza extrema, qué tipo de organismos pueden crecer y sobrevivir a los que pueden proporcionar muchas pistas que pueden ser realmente traducidas de nuevo en las condiciones actuales de la vida cotidiana. Por ejemplo, la invención de la reacción en cadena de la polimerasa o PCR acaba de suceder porque KaryMullis, él observó que usted conoce la una de las bacterias que vive en la primavera caliente, muy caliente el tiempo, las condiciones de calor, puede sobrevivir en ese tipo de usted sabe la temperatura caliente y, entonces, probablemente su fisiología se refiere a sus enzimas se entiende de tal manera que puede resistir muy alta temperatura. Así que Thermus aquaticus fue el organismo que aisló y luego obtuvo la enzima que es Taq polimerasa que ahora se utiliza para hacer la cadena de la polimerasa reacción o PCR.De esta manera, sólo imagina que usted sabe toda esta biología de la molécula que es usted sabe que uno de los fundamentos para utilizar la reacción en cadena de la polimerasa de la PCR es tan dependiente de esta enzima. Y eso no fue posible obtener si alguien no ha hecho una observación estrecha de que hay algún grupo de bacterias que podrían vivir en este tipo de condición caliente. Por lo que es importante para nosotros hacer este tipo de observaciones de la naturaleza no sólo la condición de thenormal, sino también lo que se encuentra en las condiciones muy adversas. Así que Archaea allí en realidad si usted mira su comportamiento bioquímico que son probablemente más similares a los eucariotas, aunque tienen similitud de los prokaryotes que saben, pero tienen más similitud con eucariotas que si usted piensa acerca de usted sabe su similitud con la bacteria. Tanto Archaea y eucariotas su genoma que codifican para las proteínas de la histona homologa, que podría estar asociado con el ADN y que no es el caso cuando se piensa en los prokaryotesporque las bacterias que carecen de los histones. Incluso los componentes de ARN y proteínas de estos Archaea y ribosomas, son mucho más similares a los eucariotas en comparación con las bacterias. Ahora esto resume de nuevo el árbol de la vida que hemos estado discutiendo. Tenemos los procariotas, tenemos la bacteria y tenemos Archaea y probablemente había un antepasado común de todas las formas-de-vida que ha dado lugar a este tipo de diversidad de la diversidad.Déjenme explicarles esto con más detalle en la siguiente animación. Todos los organismos vivos de varios períodos de evolución han sido encontrados para exhibir la importancia de la similitud en el nivel bioquímico. La información genética se almacena en forma de ADN o RNA.El mismo conjunto de 20 aminoácidos forman los elementos estructurales de las proteínas. Se han encontrado rutas metabólicas similares y varias proteínas con similitud estructural para tener roles similares en diferentes organismos. Se han identificado que poseen estructuras tridimensionales similares y desempeñan funciones muy estrechamente relacionadas en organismos que están separados en evolución a lo largo de miles de millones de años. Una de estas proteínas es la proteína de unión a la caja TATA que desempeña un papel importante en la regulación genética. Archaea son un grupo de organismos procarióticos que están claramente relacionados con los organismos de las bacterias. Son, sin embargo, más similares a los eucariotas que las bacterias. Tanto Archaea como los genomas eucarióticos codifican proteínas homólogas de histona que no están presentes en las bacterias. Sin embargo, Archaea es capaz de crecer en condiciones ambientales extremas, tales como altas temperaturas, concentraciones de sal, etc. Una de las clasificaciones más recientes de organismos vivos es un sistema de 3 dominios consistentes en bacterias, Eukarya y Archaea, aunque, Archaea fueron considerados originalmente como bacterias. Más tarde se clasificaron en su propio dominio debido a varias diferencias en sus vías metabólicas y genética. Se cree que los eucariotes han evolucionado a través de varias relaciones de endosimbiosis entre las bacterias y Archaea.Así que hoy en el a partir de las formas de vida empezamos a discutir sobre los procesos y propiedades que están asociados a la vida y hemos destacado varios ejemplos a debatir sobre el tema que en realidad podría mostrar el tipo de diversidad que tenemos, pero es que muchos de ustedes saben un tema unificador que tenemos porque todavía estamos compartiendo muchas de las propiedades comunes y ésas son gobernadas en diferentes a los animales, los diferentes organismos y esas propiedades son shared.Entonces, empezamos a discutir acerca de la célula y usted sabe al menos una visión general de la cell, una distinción entre las células procariotas y eucariotas y luego Tratar de darle la sensación de lo diferente que usted conoce las formas principales de vida o el árbol de la vida se ha originadoespecialmente de los prokaryotes, eucariotas y la Archaea y algunos de sus ustedes saben las características distintivas básicas de las formas Arqueales. Continuaremos nuestra discusión acerca de la célula y sus propiedades mirando la estructura y la función para varias células organela y cómo ellos realmente gobiernan diferentes procesos de conocimientes.También, hablaremos acerca de cómo las células se comunican entre sí y cómo la comunicación también sucede dentro de la célula. Así que vamos a discutir estos puntos en la próxima conferencia. Gracias.