CENTRO DE EDUCACIÓN MEDIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

QUIMICO-BIOLOGICAS

Biología Antología

Biol. Ma. Teresa Montoya del Hoyo

2013

Título. Elementos de Biología Tema: Biología

Descripción: En este material se manejaran los elementos principales para aprobar el curso de Biología.

Área: Biología. Departamento: Ciencias Químico-Biológicas

Autor: Ma. Teresa Montoya del Hoyo

Versión: 0001

Fecha de creación: 26 de septiembre 2013 Propósito: Que cada alumno cuente con las lecturas y textos indispensables para el desarrollo de actividades durante el semestre.

Perfil: Alumnos de bachillerato Nivel de interacción: medio

Palabras clave: Biología, ciencia, bioquímica, anatomía, zoología, evaluación, botánica, biomoléculas, metabolismo celular.

Descripción

Esta materia se imparte en el segundo semestre de bachillerato dentro del Currículo por competencias 2011.

La Biología, en particular, es una ciencia que está presente en todo cuanto nos rodea, sus aplicaciones son múltiples y constituye una plataforma para aprendizajes futuros en el área de las ciencias básicas por lo que es necesario que el estudiante desarrolle competencias que le permitan interpretar de manera crítica y reflexiva el mundo natural, particularmente, los fundamentos de eventos y fenómenos relacionados con los seres vivos; la estructura y función de la célula y los principios fundamentales de la genética y la biotecnología, lo anterior, haciendo un uso correcto del método y lenguaje científico propios del área y asumiendo una visión de respeto y cuidado del medio ambiente.

Con estos aprendizajes el estudiante se prepara para la siguiente experiencia educativa que es el curso de Evolución y Biodiversidad. Por otro lado, el curso de Biología Celular, que se imparte en el segundo semestre del Bachillerato, se ubica en el campo de las Ciencias Experimentales y se relaciona, principalmente, con los cursos de Química, Física, Ecología, y otras materias complementarias.

El curso desarrolla competencias de un nivel de complejidad 2, lo cual supone que en el estudiante muestra desempeños de calidad, responsables y reflexivos que implican avance hacia su independencia como sujeto que aprende. A diferencia del nivel de complejidad 1, realiza actividades más complejas y diversas, cuenta con un nivel de dominio mayor de saberes y una mayor movilización de los mismos para hacer frente a actividades con las características señaladas.

Objetivo:

Esta antología tiene como objetivo servir de apoyo y guía para el desarrollo de las actividades de aprendizaje durante el semestre, en la materia de Biología.

Temas:

• Antecedentes históricos de la biología

• El método científico

• La célula: estructura

• Metabolismo celular

• Genética

• Evolución biológica

• Taxonomía

• Biodiversidad

• Etología

• Bioética

TEMA 1 ANTECEDENTES HISTORICOS DE LA BIOLOGÍA HISTORIA DE LA BIOLOGÍA

LA EDAD ANTIGUA (HASTA EL SIGLO V)

Hasta los griegos el saber en Biología era de carácter popular, exceptuando quizás los pueblos de Egipto y Babilonia donde (en relación con la medicina y el embalsamamiento de cadáveres) se consiguieron importantes avances en Anatomía y Fisiología animal y humana.

Seiscientos años antes de Cristo, apareció en la isla griega de Cos la primera escuela dedicada a la Medicina. En ella destaca Hipócrates (460-3 70 a. C.) quien consideraba que las enfermedades eran procesos naturales que había que combatir ayudando a las propias fuerzas curadoras de la Naturaleza.

Aristóteles (384-322 a. C.) puede ser considerado como el primer biólogo. Estudió las semejanzas y diferencias entre las diferentes especies de seres vivos y realizó una primera clasificación, introduciendo términos como el de animales con sangre y animales sin sangre (equivalen a los de animales vertebrados y animales invertebrados).

Aristóteles aplicó y difundió las ideas de Empédocles de Agrigento (492-432 a. C.) para quien el mundo y sus habitantes estaban formados por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego. Al observar los animales que surgían del lodo, de las ciénagas, etc., Aristóteles supuso que muchos nacían por generación espontánea tras la unión de tierra y agua y la interpenetración de una fuerza vital. Para otros seres superiores, consideró su nacimiento mediante reproducción sexual.

El prestigio de Aristóteles fue tan grande que durante los siglos siguientes, prácticamente durante dos mil años, no se discutió ninguna de sus afirmaciones en el campo de la Biología.

En la Roma imperial cabe citar los nombres de Dioscórides, uno de los primeros botánicos; de Lucrecio y su obra De rerurn naturae; y de Plinio el Viejo (23-79 d. C.), autor de una importante Historia natural en la que se citan especies tanto reales como mitológicas o inventadas. Posteriormente destaca Galeno (129-201), famoso par sus aportaciones en el campo de la Medicina.

LA EDAD MEDIA (SIGLOS V-XV)

Entre los Siglos V y X se produjo un serio retroceso de la cultura. Exceptuando China y la India, aunque muchos de sus descubrimientos se perdieron y debieron ser redescubiertos más tarde en Occidente. Los árabes contactaron con estas culturas y con los textos clásicos grecorromanos. Así, tradujeron los libros de Hipócrates, Galeno y Dioscórides, durante el siglo X, en Córdoba. En el siglo XI comenzaron a surgir las Universidades, en las que se estudiaba a Aristóteles, al que se le consideraba el maestro.

San Alberto Magno (1206-1280), que fue profesor de Santo Tomás de Aquino. San Alberto realizó una clasificación de las plantas según sus hojas y frutos, escribió una obra sobre animales en 26 tomos, descubrió la función de las antenas de las hormigas para su comunicación, la forma de tejer de las arañas, la necesidad de incubación de los huevos de las águilas, etc.

Roger Bacon (1214-1294), fraile franciscano partidario de que en la investigación científica los razonamientos teóricos nada prueban, que todo depende de la experimentación (los resultados).

LA ÉPOCA DEL RENACIMIENTO

El Renacimiento tuvo su cuna en Italia y allí donde surgieron los primeros trabajos científicos serios, como los de Leonardo da Vinc¡ (1452-1 519), que extendió su curiosidad investigadora a la anatomía humana e intuyó la larga duración de las épocas pasadas, y los trabajos de Andrés Vesalio (1514-1564), que basó sus estudios anatómicos en la disección de cadáveres. En esta época, el aragonés Miguel Servet (1511-1553) descubrió la circulación sanguínea y William Harvey (1578-1657) completó este descubrimiento y demostró el mecanismo de la circulación sanguínea en los circuitos mayor y menor.

Los siglos XVI y XVII estuvieron muy influidos por el descubrimiento de América. Las nuevas especies de plantas y animales polarizaron el interés de los naturalistas, entre los que destacaron los sistemáticos John Ray y Tournefort. Galileo Galilei (1564-1642) fue el autor de la primera Historia natural de América, aunque es más conocido por sus descubrimientos en Astronomía.

En el siglo XVII, Francis Bacon (1561-1626) realizó sus estudios basándose en la experimentación., e introdujo las bases del método cualitativo-inductivo que tanto sirvió para la elaboración de teorías e hipótesis durante el siglo XIX. René Descartes (1596-1650), autor del Discurso del método (1631), desarrolló

en esta obra las cuatro reglas de la investigación científica.

Entre los científicos más importantes de esta época destacan Red¡ (1626-1698), que se declaró contrario a la generación espontánea; los hermanos Janssen, que inventaron el microscopio a finales del siglo XVI; Malpighi (1628-1694), que Descubrió los capilares sanguíneos, los alvéolos pulmonares, la circulación renal (pirámides de Malpighi), etc.; y Robert Hooke (1635-1703), que introdujo el término célula.

EL SIGLO XVIII

En el siglo XVIII, la mayoría de los científicos eran partidarios de un cambio: frente a las ideas anteriores, consideraban la ciencia como la única vía objetiva de conocimiento. Este espíritu quedó reflejado en la Enciclopedia de las Artes y de las Ciencias de Diderot (1713-1784) y D'Alembert (1717-1783), obra en la que se resumió todo el conocimiento científico, tanto en Biología como en las otras ramas del saber.

Entre los científicos del siglo XVIII mencionaremos a Van Leeuwenhoek (1632-1723), descubridor de los protozoos y primer observador de células como los glóbulos rojos, los espermatozoides y las bacterias; T. Needham (1731-1789), defensor de la generación espontánea, y Spallanzani (1729-1799), detractor de la misma.

El siglo XVIII es el siglo de los grandes viajeros y sistemáticos. Entre ellos destaca el sueco Karl von Linné (1707-1778), fijista y aristotélico, que ideó la nomenclatura binomial de género y especie, actualmente en uso, y clasificó los animales y las plantas en las sucesivas ediciones de su obra Sistema naturae. Esta obra sirve de base a la sistemática actual.

EL SIGLO XIX

Tras el siglo XVIII en el que la mayor actividad de los biólogos se desarrolló en el campo de la sistemática, en un intento de clasificar las especies procedentes del Nuevo Mundo, se suscitó en el siglo XIX una interpretación, basada en la razón, tanto de la aparición de las diferentes especies como de su distribución y parentesco. Así surgió la teoría evolucionista, uno de cuyos primeros defensores fue el francés Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), que explicaba su hipótesis basándose en dos principios: «la necesidad crea el órgano y su función lo desarrolla», y «los caracteres adquiridos se heredan».

Esta teoría chocaba, por un lado, con la crítica de quienes pedían datos,

experiencias, etc., que la confirmaran y, por otro, con la opinión del francés Georges Cuvier (1769-1832), considerado como el padre de la Paleontología y de la Anatomía comparada, Cuvier era fijista, es decir, creía en la inmutabilidad de las especies. Para explicar la desaparición de especies que sólo existieron en el pasado y de las cuales sólo quedan restos fosilizados suponía que hubo una serie de catástrofes sucesivas que produjeron su extinción. Posteriormente, después de cada catástrofe se desarrollaba una nueva y distinta creación.

En 1859, el naturalista inglés Charles Darwin (1809-1882) publicó El origen de las especies. En este libro recogió las conclusiones a que había llegado durante el viaje científico que muchos años antes había realizado por todo el Nuevo Mundo a bordo del Beagle. La teoría de Darwin se apoyaba en dos puntos: la variabilidad de la descendencia y la selección natural o, dicho de otro modo, la supervivencia del más apto.

Schwann (1810-1882) y Schleiden (1804-1,881), destacaron en Histología por enunciar la teoría celular. En Microbiología, Pasteur (1822-1895) llevó a cabo experimentos definitivos sobre la irrealidad de la generación espontánea, descubrió que algunos microorganismos tenían carácter patógeno, aisló el bacilo del cólera de las gallinas, dedujo el concepto de inmunidad y descubrió la vacuna antirrábica. Posteriormente, Robert Koch (1843-1910) aisló el microbio que producía el carbunco, el bacilo de la tuberculosis y el microbio del cólera. En 1865, el médico escocés Josepli Lister (1827-1912) descubrió que la infección de las heridas se debe a las bacterias y en 1867 utilizó el fenol para crear un ambiente bactericida en la sala de operaciones. En 1884, el médico y bacteriólogo español Jaime Ferrán (1852-1929) descubrió la vacuna contra el cólera. En Fisiología destacó Claude Bernard (1813-1878), que puede ser considerado como el padre de la Fisiología.

En 1865, el agustino Gregor Mendel (1822-1884) publicó sus trabajos sobre las leyes que sigue la herencia biológica.

A mediados del siglo XIX apareció el término «ecología» para designar a una nueva rama de las Ciencias Biológicas. Ernst Haeckel fue tal vez el primero que definió esta ciencia. El zoólogo francés I. Geoffroy Saint-Hilaire propuso la denominación «etología» para el estudio de las relaciones de los organismos dentro de la familia, de la sociedad en su conjunto y de la comunidad.

EL SIGLO XX

En el siglo XX se produjo una revolución científica por la aparición de nuevos instrumentos, como el microscopio electrónico, que ha permitido grandes avances en Citología e Histología, como a la gran cantidad de personas y

grupos de investigación que se dedican a la ciencia en todo el mundo. Son tantos estos avances que a continuación vamos a enumerar los más significativos:

1900, De Vries, Correns y Tschermack, redescubrimiento de las Leyes de Mendel. 1903, Batteson y Punnet, concepto de interacción genética. 1904, Pavlov, fisiología de la digestión. 1905, Koch, bacilo de la Tuberculosis. 1906, Golgi y Ramón y Cajal, trabajos en Citología. 1911, Morgan, recombinación genética y mapas cromosómicos. 1922, Meyerhof, paso del Glucógeno a Ácido láctico. 1923, McLeod y Banting, descubrimiento de la insulina. 1924, Oparin, hipótesis del origen abiótico de la vida. 1927, Muller, efecto mutágeno de los Rayos X. 1929, Fleming, descubrimiento de la Penicilina. 1941, Beadle y Tatum, relaciones entre genes y enzimas. 1953, Watson y Crick, estructura de la doble hélice de ADN. 1959, Ochoa, descubrimiento de la ARN-polimerasa. 1959, Kornberg, descubrimiento de la ADN-polimerasa. 1964, Bloch y Lynen, metabolismo de lípidos. 1965, Jacob y Monod, funcionamiento de los genes. 1978, Mitchell, hipótesis quimiosmótica. 1987, Tonegawa, diversidad de los anticuerpos. 1989, Altman y Cech, propiedades catalíticas del ARN. etc...

PERSPECTIVAS ACTUALES Y DE FUTURO DE LA BIOLOGÍA.

La Biología es una ciencia pura, cuyo objeto es el conocimiento de qué es y de cómo se desarrolla la vida. Se siguen dos líneas de trabajo: la investigación pura y la investigación aplicada.

BIOLOGÍA Y MEDICINA

Todavía se desconoce un tratamiento eficaz para los principales tipos de cáncer. El uso indiscriminado de antibióticos ha hecho que la aparición de cepas resistentes sea, por desgracia, muy frecuente.

Se requiere, por tanto, descubrir nuevos antibióticos. Aún no existe un tratamiento eficaz para las enfermedades producidas por virus (gripe, hepatitis, SIDA, etc.).

Las enfermedades por deficiencia en la herencia genética son muy difíciles de tratar mediante las terapias convencionales (fármacos). La posibilidad de sustituir los genes defectuosos mediante la Ingeniería genética abre una ventana de esperanza para muchos enfermos. Los trasplantes de órganos se ven limitados por procesos inmunitarios de rechazo de los nuevos tejidos. Todavía existen enfermedades tan comunes como la artrosis, el reuma, la úlcera, etc., para las que por el momento no hay una terapéutica satisfactoria.

BIOLOGÍA E INDUSTRIA

En la actualidad se trabaja en fermentaciones, como la elaboración de vino a partir del zumo de uva, la fermentación de la harina para hacer pan, la fermentación de la leche para obtener yogur y diferentes tipos de quesos, ete.

También se trabaja en la extracción de sustancias alcaloides, vitaminas, etc., de las plantas. En el futuro es previsible que se incremente la línea de la síntesis artificial de sustancias orgánicas. Así se obtienen ya muchas hormonas, antibióticos y vitaminas. El conocimiento profundo de la fotosíntesis tal vez permita la obtención de materia orgánica a expensas simplemente de agua, anhídrido carbónico, sales minerales y luz. Del petróleo podrían obtenerse glúcidos y lípidos e incluso, por filtración, proteínas. El estudio sobre las posibilidades de asimilar la celulosa en el tubo digestivo humano puede también contribuir a la obtención de un nuevo alimento.

BIOLOGÍA EN AGRICULTURA Y GANADERÍA.

Tras el uso excesivo de insecticidas, especialmente el diclorodifeniltricloroetano (DDT), han desaparecido en muchos casos los depredadores naturales de los insectos (principalmente pájaros) al acumularse en sus tejidos los insecticidas que contenían sus presas. Por otro lado, han aparecido insectos mutantes resistentes que ahora precisan altas concentraciones de insecticida para ser atacados. Actualmente se trabaja en la lucha biológica. Se trata de encontrar especies parásitas o depredadoras de las plagas cuyo ciclo de reproducción sea más rápido. También se utiliza el método de soltar hembras o machos esterilizados.

Otro aspecto interesante de la Biología aplicada a este campo es la obtención, por selección de nuevas razas, de ganado de mayor rendimiento (vacas de leche y de carne, cerdos, gallinas, etc.). En esta misma línea está la obtención de híbridos de elevado rendimiento agrícola, por ejemplo, híbridos de maíz con mazorcas dos o tres veces más pesadas que las normales, variedades de patatas de tubérculos más grandes o más resistentes frente a un clima, etc.

BIOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE

El predominio de la especie humana sobre las demás especies ha producido una variación importante en el equilibrio biológico de prácticamente toda la Tierra.

Ante la pasividad de la sociedad se ha ido liquidando el patrimonio natural de las futuras generaciones: industrias que contaminan las aguas y la atmósfera, uso irracional de los recursos, distribución absurda de la población humana en ciudades de millones de habitantes mientras que más de la mitad de la Tierra está deshabitado, aprovechamiento devastador del campo y del mar...

El impacto ecológico no es fruto de un simple aumento de población, sino más bien el resultado de una grave falta de organización y de previsión. Desde hace mucho tiempo se conoce la conveniencia de núcleos de población pequeños, que ocupen poca superficie, permitan zonas amplias de bosque y queden armonizados con el paisaje circundante.

Al vivir los hombres en grandes núcleos de población, se hace preciso un alto grado de organización y esto lleva consigo el desequilibrio del entorno. Esto acarrea un desequilibrio ecológico en aquellas zonas del entorno en donde se vierten los residuos, en donde se realizan los monocultivos necesarios para la alimentación de la ciudad, en donde se obtiene energía para dicha ciudad, etc.

Son pues, preferibles los núcleos urbanos pequeños. Igualmente, la vida en las grandes ciudades va asociada a un despilfarro de energía tanto mayor cuanto más populosa es la ciudad.

En los países más desarrollados, en donde la esperanza de vida de los niños es altísima y, por tanto, la población debería crecer sin problemas, es donde se están dando casos de decrecimiento. Esto ocasiona un desequilibrio entre los individuos de edades altas (ancianos), que aumentan respecto a los de edades medias y bajas (productores), que son cada vez menos.

Esta situación es obviamente la antesala del declive de esa población y de la pérdida de su hegemonía respecto a las poblaciones jóvenes colindantes en expansión demográfica.

La Ecología suministra cada vez más datos sobre productividades, sobre distribución territorial, demarcando aquellas zonas que por su interés científico precisan ser conservadas, sobre el impacto contaminador de los productos químicos, de las centrales nucleares y térmicas, de la polución de aguas, por basuras, etc.

En Biología pura se investiga prácticamente en todos los campos, pero hay algunos que, por el interés que pueden tener las aplicaciones de los descubrimientos, reciben un mayor apoyo económico y con ello un avance y una popularidad mayores. Entre éstos podemos citar: la Genética, la Ecología, la Microbiología, la Fisiología animal, vegetal y humana, la Bioquímica, especialmente en lo que respecta al material genético y al intento de sintetizar un ser vivo, la Ingeniería genética, la Biónica, que es el estudio de los mecanismos propios de los seres vivos, como el funcionamiento de los órganos de los sentidos, del cerebro, etcétera, con la finalidad de diseñar máquinas, sistemas, de autocontrol (feed-back), etc., cuya construcción estudia la Cibernética; la Exobiología, que estudia las posibilidades y circunstancias de la vida fuera de la Tierra, etc.

ACTIVIDAD TEMA 1

En base a la lectura elabora un cuadro sinóptico que contenga:

• Personaje

• País de origen

• Fecha

• Aportación a la biología.

En el mapamundi adjunto señala con un color diferente para cada autor el país donde nació cada uno, enuméralos y relaciónalos en tu cuadro sinóptico.

TEMA 2 MÉTODO CIENTÍFICO

El método científico: sus etapas Los conocimientos que la humanidad posee actualmente sobre las diversas ciencias de la naturaleza se deben, sobre todo, al trabajo de investigación de los científicos. El procedimiento que éstos emplean en su trabajo es lo que se llamará MÉTODO CIENTÍFICO. El método científico consta de las siguientes fases:

1. Observación

2. Formulación de hipótesis

3. Experimentación

4. Emisión de conclusiones

1. Observación Los científicos se caracterizan por una gran curiosidad y el deseo de conocer la naturaleza. Cuando un científico encuentra un hecho o fenómeno interesante lo primero que hace es observarlo con atención. La Observación consiste en examinar atentamente los hechos y fenómenos que tienen lugar en la naturaleza y que pueden ser percibidos por los sentidos. Ejemplo: Queremos estudiar si la velocidad de caída libre de los cuerpos depende de su masa. Para ello, dejamos caer, desde una misma altura una tiza y una hoja de papel. Observamos que la tiza llega mucho antes que el papel al suelo. Si medimos la masa de la tiza, vemos que ésta es mayor que la masa del papel.

2. Formulación de hipótesis Después de las observaciones, el científico se plantea el cómo y el porqué de lo que ha ocurrido y formula una hipótesis. Formular una hipótesis consiste en elaborar una explicación provisional de los hechos observados y de sus posibles causas.

Ejemplo: Podemos formular, como hipótesis, el siguiente razonamiento: "Cae con mayor velocidad el cuerpo que posee mayor masa".

3. Experimentación Una vez formulada la hipótesis, el científico debe comprobar si es cierta. Para ello realizará múltiples experimentos modificando las variables que intervienen en el proceso y comprobará si se cumple su hipótesis. Experimentar consiste en reproducir y observar varias veces el hecho o fenómeno que se quiere estudiar, modificando las circunstancias que se consideren convenientes. Durante la experimentación, los científicos acostumbran a realizar múltiples medidas de diferentes magnitudes físicas. De esta manera pueden estudiar qué relación existe entre una magnitud y la otra. Ejemplo: Si lanzamos la tiza junto a una hoja de papel arrugada, vemos que llegan al suelo prácticamente al mismo tiempo. Si seguimos esta línea de investigación y lanzamos una hoja de papel arrugada y otra hoja sin arrugar desde la misma altura, vemos que la hoja arrugada llega mucho antes al suelo.

4. Emisión de conclusiones El análisis de los datos experimentales permite al científico comprobar si su hipótesis era correcta y dar una explicación científica al hecho o fenómeno observado. La emisión de conclusiones consiste en la interpretación de los hechos observados de acuerdo con los datos experimentales. A veces se repiten ciertas pautas en todos los hechos y fenómenos observados. En este caso puede enunciarse una ley. Una ley científica es la formulación de las regularidades observadas en un hecho o fenómeno natural. Por lo general, se expresa matemáticamente.

Las leyes científicas se integran en teorías. Una teoría científica es una explicación global de una serie de observaciones y leyes interrelacionadas. Ejemplo: A la vista de los resultados experimentales, se puede concluir que no es la masa la que determina que un objeto caiga antes que otro en la Tierra; más bien, será la forma del objeto la determinante. Como comprobación de nuestro resultado deducimos que nuestra hipótesis inicial era incorrecta. Tenemos, por ejemplo, el caso de un paracaidista: su masa es la misma con el paracaídas abierto y sin abrir; sin embargo, cae mucho más rápido si el paracaídas se encuentra cerrado.

ACTIVIDAD TEMA 2 En base a la lectura realiza la siguiente actividad. Diseña un experimento donde apliques el método científico.

Observación:

Formulación de hipótesis:

Experimentación:

TEMA 3 LA CÉLULA

La célula

Los seres vivos están formados por mínimas unidades llamadas células. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, la reparación, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurren al interior de la célula. Los hombres de ciencia, solo pudieron realizar investigaciones en relación a ellas después del descubrimiento del microscopio. (Ver Teoría celular)

Clasificación de los seres vivos

Según el número de células que los forman, los seres vivos se pueden clasificar en unicelulares y pluricelulares. Unicelulares: Son todos aquellos organismos formados por una sola célula. En este grupo, los más representativos son los protozoos -ameba, paramecio, euglena-, que sólo pueden observarse con un microscopio. Pluricelulares: Son todos aquellos organismos formados por más de una célula. Existe gran variedad de ellos, tales como los vertebrados (aves, mamíferos, anfibios, peces, reptiles) y los invertebrados (arácnidos, insectos, moluscos, etc.). En los vegetales, podemos tomar como ejemplos a las plantas con flores (angiosperma), sin flores típicas (gimnospermas), musgos, hongos, etcétera. Los organismos pluricelulares presentan una determinada organización de sus células, en distintos niveles, que son: Célula: mínima unidad que forma parte de un ser vivo. Tejido: conjunto de células que tienen características y funciones similares y con un mismo origen. Órgano: conjunto de tejidos unidos y coordinados para cumplir una función específica. Por ejemplo: pulmón, corazón, estómago, etcétera. En el caso de los vegetales, son considerados órganos: la raíz, las semillas, las hojas, las flor, etcétera.

Modelo de célula

Sistemas: resultado de la unión de varios órganos, los cuales funcionan de una forma coordinada para desempeñar un rol determinado. Por ejemplo: se habla de Sistema Digestivo, Renal, Circulatorio, Nervioso, Reproductor, etcétera. Organismo: es un ser vivo formado por un conjunto de sistemas, que trabajan armónicamente. Existen seres vivos que no tienen órganos o sistemas estructurados, pero poseen una organización sencilla, esto les permite un buen desarrollo. Si un órgano se daña o altera provoca una desorganización del ser vivo. Las tres partes básicas de toda célula son: la membrana plasmática, el citoplasma, y el núcleo.

La membrana celular o plasmática La membrana celular se caracteriza porque: Rodea a toda la célula y mantiene su integridad. Está compuesta por dos sustancias orgánicas: proteínas y lípidos,

específicamente fosfolípidos. Ver: PSU: Biología; Pregunta 04_2006 Los fosfolípidos están

dispuestos formando una doble capa (bicapa lipídica), donde se encuentran sumergidas las proteínas. Es una estructura dinámica. Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que sólo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella. Tiene la capacidad de modificarse y en este proceso forma poros y canales

Funciones de la membrana celular Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior. Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras. Aísla y protege a la célula del ambiente externo Ver: PSU: Biología, Pregunta 03_2005

Membrana Celular o plasmática

Pregunta 03_2006(2)

El citoplasma Se caracteriza porque: Es una estructura celular que se ubica entre la membrana celular y el núcleo. Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas organelos celulares. Está constituido por una sustancia semilíquida. Químicamente, está formado por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etcétera.

Funciones del citoplasma Nutritiva. Al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía. De almacenamiento. En el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva. Estructural. El citoplasma es el soporte que da forma a la célula y es la base de sus movimientos.

Los organelos celulares Son pequeñas estructuras intracelulares, delimitadas por una o dos membranas. Cada una de ellas realiza una determinada función, permitiendo la vida de la célula. Por la función que cumple cada organelo, la gran mayoría se encuentra en todas las células, a excepción de algunos, que solo están presentes en ciertas células de determinados organismos. Mitocondrias: en los organismos heterótrofos, las mitocondrias son fundamentales para la obtención de la energía. Son organelos de forma elíptica, están delimitados por dos membranas, una externa y lisa, y otra interna, que presenta pliegues, capaces de aumentar la superficie en el interior de la mitocondria. Poseen su propio material genético llamado ADN mitocondrial.

Mitocondria

Ver: PSU: Biología; Pregunta 01_2010 La función de la mitocondria es producir la mayor cantidad de energía útil para el trabajo que debe realizar la célula. Con ese fin, utiliza la energía contenida en ciertas moléculas. Por ejemplo, tenemos el caso de la glucosa. Esta molécula se transforma primero en el citoplasma y posteriormente en el interior de la mitocondria, hasta CO2 (anhídrido carbónico), H2O (agua) y energía. Esta energía no es ocupada directamente, sino que se almacena en una molécula especial llamada ATP (adenosin trifosfato). El ATP se difunde hacia el citoplasma para ser ocupado en las distintas reacciones en las cuales se requiere de energía. Al liberar la energía, el ATP queda como ADP (adenosin difosfato), el cual vuelve a la mitocondria para transformarse nuevamente en ATP. La formación del ATP puede representarse mediante la siguiente reacción química:

Energía

ADP + P + ----------------> ATP (P = fosfato)

Esta reacción permite almacenar la energía. En tanto, el proceso inverso, de liberación de energía, es:

ATP ----------------> ADP + P + Energía

Cloroplastos: son organelos que se encuentran sólo en células que están formando a las plantas y algas verdes. Son más grandes que las mitocondrias y están rodeados por dos membranas una externa y otra interna. Poseen su propio material genético llamado ADN plastidial, y en su interior se encuentra la clorofila (pigmento verde) y otros pigmentos. Los cloroplastos son los organelos fundamentales en los organismos autótrofos, es decir, aquellos capaces

de fabricar su propio alimento. En ellos ocurre la fotosíntesis. Para que esta se realice, se requiere de CO2, agua y energía solar, sustancias con las cuales la planta fabrica glucosa. Esta molécula le sirve de alimento al vegetal y a otros seres vivos. Así se forma, también, el oxígeno que pasa hacia la atmósfera.

Cloroplasto

clorofila

6CO2 +6H2O + Energía----------------> glucosa + 6O2

Ribosomas: son pequeños corpúsculos, que se encuentran libres en el citoplasma, como gránulos independientes, o formando grupos, constituyendo polirribosomas. También, pueden estar asociados a la pared externa de otro organelo celular, llamado retículo endoplasmático rugoso. En los ribosomas tiene lugar la síntesis de proteínas, cuyo fin es construir el cuerpo celular, regular ciertas actividades metabólicas, etcétera. Retículo endoplasmático: corresponde a un conjunto de canales y sacos aplanados, que ocupan una gran porción del citoplasma. Están formados por membranas muy delgadas y comunican el núcleo celular con el medio extracelular -o medio externo-. Existen dos tipos de retículo. Uno es el llamado rugoso, en la superficie externa de su membrana van adosados ribosomas. Su función consiste en transportar proteínas que fueron sintetizadas por los ribosomas y, además, algunas proteínas que forman parte de ciertas membranas de distintas estructuras de la célula. El otro tipo es el liso. Carece de ribosomas y está asociado a ciertas reacciones relacionadas con la producción de sustancias de naturaleza lipídica (lípidos o grasas). Ver: PSU: Biología; Pregunta 01_2010 Ver: PSU: Biología; Pregunta 04_2006

Retículo endoplasmático

Aparato de Golgi: está delimitado por una sola membrana y formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados uno sobre otro. Alrededor de estos sacos, hay una serie de bolsitas membranosas llamadas vesículas. El aparato de Golgi existe en las células vegetales -dictiosoma- y animales. Actúa muy estrechamente con el retículo endoplasmático rugoso. Es el encargado de distribuir las proteínas fabricadas en este último, ya sea dentro o fuera de la

célula. Además, adiciona cierta señal química a las proteínas, que determina el destino final de éstas. Lisosomas: es un organelo pequeño, de forma esférica y rodeado por una sola membrana. En su interior, contiene ciertas sustancias químicas llamadas enzimas -que permiten sintetizar o degradar otras sustancias-. Los lisosomas están directamente asociados a los procesos de digestión intracelular. Esto significa que, gracias a las enzimas que están en el interior, se puede degradar proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etcétera. En condiciones normales, los lisosomas degradan membranas y organelos, que han dejado de funcionar en la célula. Centríolos: están presentes en las células animales. En la gran mayoría de las células vegetales no existen. Conformados por un grupo de nueve túbulos ordenados en círculos, participan directamente en el proceso de división o reproducción celular, llamado mitosis. Vacuolas: son vesículas o bolsas membranosas, presentes en la célula animal y vegetal; en ésta última son más numerosas y más grandes. Su función es la de almacenar -temporalmente- alimentos, agua, desechos y otros materiales. Ver: PSU: Biología; Pregunta 03_2006(2)

El núcleo Es fundamental aclarar que existen células que tienen un núcleo bien definido y separado del citoplasma, a través de una membrana llamada membrana doble nuclear o carioteca. A estas células con núcleo verdadero, se les denomina células eucariontes. Hay otras células -en las bacterias y en ciertas algas unicelulares- que no tienen un núcleo definido ni determinado por una membrana. Esto indica que los componentes nucleares están mezclados con el citoplasma. Este tipo de células se denominan procariontes. En la célula eucarionte el núcleo se caracteriza por:

Aparato de Golgi

Ser voluminoso. Ocupar una posición central en la célula. Estar delimitado por la membrana carioteca. Ésta presenta poros definidos, que permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. En el interior del núcleo se pueden encontrar: Núcleo plasma o jugo nuclear. Nucléolo: cuerpo esférico, formado por proteínas, ácido desoxi-ribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), ambos compuestos orgánicos. El nucléolo tiene la información para fabricar las proteínas. Material genético: está organizado en verdaderas hebras llamadas cromatinas, formadas por ADN. Cuando la célula se reproduce, la cromatina se condensa y forma unas estructuras llamadas cromosomas, donde está contenida toda la información genética propia de cada ser vivo. La función del núcleo es dirigir la actividad celular, es decir, regula el funcionamiento de todos los organelos celulares.

Aprendizajes esperados luego de desarrollar y estudiar la célula: Los alumnos y alumnas saben y entienden: • que las células son las unidades estructurales de los seres vivos y su actividad es la base de todas las funciones biológicas; • las implicaciones de la teoría celular en su contexto histórico y biológico (explicación de los seres vivos); • la importancia de la microscopía en el conocimiento de los sistemas vivos, valorando su papel en el descubrimiento de las células y sus estructuras internas; • que algunos organismos son células únicas mientras otros son multicelulares; • que las células eucariontes organizan el material genético en el núcleo y las funciones intracelulares en distintos compartimentos membranosos; • las relaciones entre estructura y función de la membrana plasmática y los organelos intracelulares de células animales y vegetales; • la simplicidad de los organismos procariontes en comparación con los eucariontes.

Ver: Célula animal y Célula vegetal Ver, en Internet: http://soko.com.ar/Biologia/Celula.htm Es propiedad: www.profesorenlinea.cl. Registro Nº 188.540

ACTIVIDAD TEMA 3 En base a la lectura realiza la siguiente actividad. En base a la lectura elabora un cuestionario que contenga: 10 preguntas de opción múltiple 10 preguntas de relacionar 2 esquemas con 10 reactivos para señalar estructuras.

TEMA 4 METABOLISMO

EL METABOLISMO CELULAR

ASPECTOS GENERALES

El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta o vía metabólica.

El metabolismo se divide en:

▪ El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía.

▪ El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso.

En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y específicas moléculas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final:

1. metabolitos (moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para

participar en la síntesis de otras sustancias más complejas), 2. nucleótidos (moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos), 3. moléculas energéticas (ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o

desprender fosfato de sus moléculas, liberan o almacenan energía), 4. moléculas ambientales (oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. que se

encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico).

Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía). Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes termodinámicas... entonces, ¿cómo se desarrollan las vías metabólicas?

1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a

cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. 2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de

capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.

3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos:

ENZIMAS.

El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de las moléculas orgánicas, cuya finalidad es la obtención de energía necesaria para que la célula pueda desarrollar sus funciones vitales. Debe existir una última molécula que capte los electrones o los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación.

Si el aceptor de electrones es el oxígeno molecular la ruta o el catabolismo es aeróbico y si es otra molécula es catabolismo anaeróbico.

El catabolismo aeróbico

El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP.

Estas moléculas de ATP más tarde serán imprescindibles para dar energía en las rutas anabólicas. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.

Cuando el catabolismo se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de degradación de la glucosa se llaman fermentaciones.

En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicas o anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Por ejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hasta que éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces en condiciones anaerobias produciendo ácido láctico.

EL ANABOLISMO

La construcción de biomoléculas propias exclusivas sólo pueden llevarla a cabo los seres vivos a base de capturar determinadas sustancias del medio en que viven (autótrofos). En muchos seres vivos la nutrición solo puede realizarse mediante la ingestión de otros seres vivos (heterótrofos).

Nuestra vida en el planeta tierra depende de la función de unos seres vivos muy especiales, que son capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Se trata de plantas verdes y algas que realizan la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos utilizan la luz del sol y transforman su energía luminosa en energía para formar glúcidos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores.

El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo.

El anabolismo es el responsable de:

• La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.

• El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.

Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos

distintos de fuente de energía que son:

• La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas.

• Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos.

• Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.

El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:

• Replicación o duplicación de ADN. • Síntesis de ARN. • Síntesis de proteínas. • Síntesis de glúcidos. • Síntesis de lípidos.

ACTIVIDAD TEMA 4 Elabora un mapa mental sobre el metabolismo.

Fuentes de consulta:

1.- Cecie Starr, Ralph Taggart. 2004 Biología: la unidad y diversidad de la vida. Cengage Learning Editores. 2.- Neil A. Campbell, Jane B. Reece. 2007. Biología. Ed. Médica Panamericana.

3.- http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias.htm

Página consultada 19 de Septiembre 2013

4. http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Celula.htm

página consultada 2 de Octubre 2013