Biologia 1....

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Biologia 1....

  1. 1. SISTEMA NACIONAL DE EDUCACION SUPERIOR TECNOLOGICA INSTITUTO TECNOLOGICO DE LA REGION MIXE INGENIERIA EN DESARROLLO COMUNITARIO Compiló: M.C. Carlos Antonio Martinez Compiló: Santa María Tlahuitoltepec, Mixe, Oaxaca. Agosto 2007 -1- BIOLOGIA 1
  2. 2. APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO Proporciona los conocimientos generales de la célula, su estructura y función. Así como los conceptos básicos de metabolismo y biodiversidad, para vincular los aportes de la ciencia y la tecnología con los procesos de aprovechamiento de los recursos naturales. OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO • Comprenderá y manejará los conceptos generales de la biología y su importancia, con particular atención a las bases químicas de la vida. • Conocerá y comprenderá las diferencias entre los tipos de células en base a su morfología y función. • Conocerá los grupos biológicos que existen. TEMARIO UNIDAD I. Introducción a la Biología. 1.1. Generalidades e historia de la biología. 1.2. Relación de la biología con otras disciplinas. 1.3. Características e importancia del método científico en la investigación biológica. 1.4. Aplicaciones de la Biología. UNIDAD II. Bases químicas de la vida. 2.1. Importancia de los elementos inorgánicos en los seres vivos. 2.1.1. Agua. 2.1.2. Sales e iones. 2.2. Las biomoléculas en los seres vivos: 2.2.1. Carbohidratos. 2.2.2. Lípidos. 2.2.3. Aminoácidos. 2.2.4. Ácidos nucleicos. 2.2.5. Hormonas. 2.2.6. Vitaminas. 2.2.7. Clorofilas. 2.2.8. Proteínas -2- BIOLOGIA 1
  3. 3. UNIDAD III. La célula: Unidad estructural de la vida. 3.1. Evolución celular. Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis. 3.2. Diferencias entre la célula procarionta y la eucarionta. 3.3. Características de las células vegetales y animales. 3.4. Estructura y función de los componentes celulares. 3.5. Teoría celular. 3.6. Mitosis y meiosis y sus repercusiones. 3.6.1. Cromosomas y sus características. 3.7. Técnicas de estudio de las células. 3.8. Niveles de organización. 3.8.1. Tejidos vegetales. 3.8.2. Tejidos animales. UNIDAD IV. Fisiología y metabolismo celular. 4.1. Respiración celular. 4.1.1. Ciclo de Krebs y transporte de electrones. 4.1.2. Fermentación: síntesis anaeróbica de ATP. 4.2. Fotosíntesis. 4.2.1. Transporte de electrones. 4.2.2. Ciclo de Calvin. UNIDAD V. Biodiversidad. 5.1. Origen y características de la biodiversidad. 5.2. Sistemática y Taxonomía. 5.3. Reglas de nomenclatura. 5.4. Clasificación de los seres vivos: Linneo, Wittaker y Margulis. 5.5. Reinos Naturales: 5.5.1. Bacteria. 5.5.2. Archae. y Eukarya. 5.5.3. Hongos. 5.5.4. Vegetales. 5.5.5. Animales. 5.5.6. Virus. -3- BIOLOGIA 1
  4. 4. FUENTES DE INFORMACIÓN 1. Campbell, Neil A. et al. 2001. Biología: Conceptos y relaciones. 3ª edición. Pearson Educación de México, D.F. 896 p. 2. Curtis H.; N.S. Barnes; A. Schnek y G. Flores. 2000. Biología. 6ª edición. Editorial Panamericana. Buenos Aires, Argentina. 3. Margulis L. y D. Sagan. 1997. ¿Qué es la vida?. Ed. Tusquets. Barcelona, España. 4. Solomon, E.P., I.R. Berg, Ch. Martín y C.A. Ville. 1996. Biología de Villé. Editorial Interamericana McGraw-Hill. México, D.F.. 1193 p. 5. Audesirk; T. Y G. Audesirk. 1996. Biología: La vida en la Tierra. 4ª Edición. Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.. México, D.F. 947 p. 6. Villeé, C.A., E.P. Solomon, Ch. E. Martín, L.R. Berg y P.W. Davis. 1992. Biología. 2ª Edición. Editorial Interamericana McGraw-Hill. México, D.F. 1404 p. 7. Ville, C., E.P. Solomon y P.W. Davis. 1987. Biología. 8ª edición. Editorial interamericana. México, D.F. 820 p. 8. Raven, P. Y G.B. Johnston.1986. Biology. Ed. Times Morro Mosby. Washington, D.C. 798 p. 9. Kimball, J. 1986. Biología. Addison-Uesley Interamericana. México, D.F. 1050 p. 10. Mader, Sylvia S. 1985. Biology: Evolution, Diversity and the environmental. C. Brown Publishing. Washington, D.C. 1089 p. 11. Recursos del internet www.um.es/•molecula/indice/htm ̃www.biología.arizona.edu/ www.galeon.com/portalbio/ www.arrakis.es/  lluengo/biología.html -4- BIOLOGIA 1
  5. 5. UNIDAD I. Introducción a la Biología. 1.1. Generalidades e historia de la biología. La biología probablemente empezó en Grecia, griegos y romanos descubrieron las numerosas variedades de plantas y animales conocidos en aquella época. Galeno (131 a 200 D.C.), primer filosofo experimental, llevo acabo muchos experimentos para estudiar las funciones del nervios y vasos sanguíneos. Autores como Plinio (23 a 79 D.C.), escribieron enciclopedias acerca de la vida. En el renacimiento, se emprendieron estudios mas exactos de estructura, funciones y costumbres vitales de sin números de plantas y animales. Vasilio (1514-1564), Harvey (1578-1657), y John Hunter (1728-1793) estudiaron la estructura y funciones de animales en general, en particular del hombre, con lo que fundaron las bases de anatomía y fisiología. Con el invento del microscopio a principios del siglo XVII, Malpighi (1628-1694), Swammerdam (1637-1680) y Leeuwenhoek (1632-1723) pudieron estudiar la estructura fina de varios tejidos animales y vegetales. Leeuwenhoek fue el primero que describió bacterias, protozoarios y espermatozoides. El descubrimiento de la célula se debe al físico ingles Robert Hooke en el año de 1667, lo hizo observando pedazos de tejidos de corcho a través del microscopio y noto en el tejido pequeñas celdillas parecidas a las de un panal de abejas y los llamó células. En 1831 Robert Brown descubrió el núcleo en la epidermis de las orquídeas e hizo constar que dentro de ese núcleo poseía un corpúsculo redondo que era refringente y su presencia era refringente. En el mismo año Valentín encontró el núcleo en las células del tejido conjuntivo, y vio también dentro de el, un corpúsculo redondo y refringente y lo llamo nucleolo. Dujardin en 1835, estudio a los protozoarios y pone mucha atención en su contenido celular, lo considera como materia viva y lo llama sarcoda. Sehleinden llamo a ese contenido celular mucosa celular. En 1846, Purkinje a la mucosa celular la llamó protoplasma, Hugo Von Wohl, precisó su importancia y lo incorporó a la ciencia con el nombre de protoplasma. Los estudios de Mohl y Naegell, dan a conocer poco después que en el protoplasma encontraron bolsas de agua que e dieron en nombre de vacuola. En 1881, Schimper y Meyer descubrieron en los vegetales los plastos. En esta misma época, se establece la importancia de las vacuolas con la presión osmótica que ocurre en las células para su supervivencia; posteriormente descubren la intervención de los plastos en la fotosíntesis, a través de los cloroplastos. A partir del siglo XX los adelantos técnicos tienen por resultados estudios cualitativos de las estructuras y reacciones moleculares que forman la base de los fenómenos biológicos. Incluye: -5- BIOLOGIA 1
  6. 6. 1. Análisis de las estructuras de los genes y regulación genética de la síntesis de enzimas y otras proteínas. 2. Estudios subcelulares y su papel en los procesos de adaptación y regulación en la célula. 3. Investigaciones de la diferenciación celular 4. Análisis de la base molecular de la evolución, mediante estudios comparativos de las moléculas de proteínas específicas (hemoglobina, enzimas y hormonas) en diferentes especies. La biología es una ciencia que estudia a los seres vivos su estructura, función, evolución y su relación con su medio ambiente. Los seres vivos son un sistema complejo, altamente organizado e independiente y con una estructura físico – química determinada, con capacidad de utilizar la materia y la energía para reproducirse, crecer y desarrollarse. Son adaptables y capaces de reaccionar a estímulos de su medio ambiente. La biología es una ciencia experimental y como tal se basa para su estudio en el método científico. La biología tiene un estudio muy amplio que para su entendimiento y comprensión se divide en dos partes: 1). División taxonómica. Estructura a la biología en tres grupos: Botánica, Zoología y Microbiología. 2). Unidad básica. Estudia las relaciones existentes entre los grupos de la división taxonómica: Botánica, Zoología y Microbiología -6- BIOLOGIA 1
  7. 7. CRIPTOGAMAS: Pertenecen a plantas que no forman semillas, su reproducción no es A). BOTANICA: Es una evidente: helechos, musgos, selaginelas. ciencia que estudia a las GIMNOSPERMA: son plantas que poseen el óvulo fuera del ovario y la semilla fuera plantas FANEROGAMAS: Pertenecen a las plantas del fruto. Pino, caoba, ocote, etc. que poseen flor, fruto y semillas. MONOCOTILEDONEAS: Son plantas que su ANGIOSPERMA: Son plantas que poseen semilla poseen un solo cotiledón. Maíz, el óvulo dentro ovario y la semilla dentro del sorgo, trigo, caña, etc. fruto. Durazno, Mango, Melón, etc. DICOTILEDONEAS: Son plantas que su DIVISION TAXONOMICA semilla poseen dos cotiledones. Calabaza, mango, frijol, calabaza, etc. INFERIORES: Son animales que no tienen un cuerpo de consistencia rígida, son de cuerpo blando casi acuoso, pertenecen al Phylum celenterados (medusas, esponjas) y al INVERTEBRADOS: Son aquellos Phylum annelida (lombriz de tierra) etc. animales que no poseen estructura esquelética. SUPERIORES: Corresponden a animales con cuerpos mas de consistencia flexible, B). ZOOLOGIA: Es una corresponden al Phylum artrópodo y Phylum echinodermatas o equinodermos. ciencia que estudia a los animales INFERIORES: Corresponden a animales con cuerpo de consistencia cartilaginosa, se VERTEBRADOS: Pertenecen a componen en dos clases: 1. Ciclostoma: no poseen estructura osificada, y 2. las plantas que poseen flor, fruto y Elasmobranquias: no poseen estructura osificada solo poseen cartílagos. semillas. SUPERIORES: Corresponden a animales con consistencia corporal osificada, poseen huesos; se dividen en clases: Peces, Reptilia, Aves, Mamíferos, Mamalia C). MICROBIOLOGIA: Es una ciencia que estudia a los microorganismos o microbios: bacterias, virus, algas, protozoarios y nematodos. -6- BIOLOGIA 1
  8. 8. 1.2. Relación de la biología con otras disciplinas. Para la mejor comprensión y entendimiento de la biología celular se apoya o auxilia con otras ciencias o disciplinas a fines: a). Física: Comprende los fenómenos físicos que suceden en los seres vivos y los factores que lo rodea. b). Química: Comprende el estudio de los fenómenos químicos y la constitución química de los seres vivos, así como la acción metabólica que se efectúa en los mismos seres vivos. c). Citología: Estudia a la célula, su estructura y las funciones. d). Histología. Ciencia que estudia los tejidos. e). Fisiología. Es una ciencia que trata sobre las funciones de los seres vivos, su reproducción, nutrición y respiración. f). Anatomía. Es una ciencia que estudia la disposición y ubicación de los órganos en el cuerpo. g). Taxonomía. Estudia la clasificación sistemática de los seres vivos. h). Ecología. Estudia la relación entre los seres vivos con su ambiente. i). Genética. Es una ciencia que estudia los caracteres hereditarios de los seres vivos. j). Matemáticas. Se encarga del estudio estadístico o bioestadístico de los seres vivos. 1.3. Características e importancia del método científico en la investigación biológica. ¿De donde vienen los hechos biológicos? ¿Cómo sabemos que son ciertos?. Naturalmente la fuente última de cada de cada hecho se encuentra en alguna observación o experimento cuidadosamente observado por el biólogo. Este criterio d posible repetición hace que podamos aceptar ciertas observaciones o experimentos como verdaderos; se descartan las observaciones que no pueden ser duplicados por investigadores competentes. Cuando un biólogo ha logrado un descubrimiento, lo describe en un artículo en el cual explica sus métodos con bastante detalle para que otros puedan repetir el experimento; da los resultados de sus observaciones, presenta las conclusiones que pueden sacarse de ellas y talvez formula una teoría para explicarlas. El objetivo de toda ciencia radica en brindar explicaciones para los fenómenos observados y establecer principios generales que permita predecir las relaciones entre estos y otros fenómenos. Estas explicaciones y generalizaciones se logran por un tipo de sentido común organizado al que se le denomina Método científico. La -7- BIOLOGIA 1
  9. 9. esencia del método científico consiste en el planteamiento de preguntas y búsqueda de respuestas; las preguntas deben ser científicas, originadas en experimentos y observaciones, y exactamente igual las respuestas, que además deben ser susceptibles de comprobación en experimentos y observaciones. La base del método científico y la fuente última de todos los descubrimientos de la ciencia es la observación cuidadosa y precisa. Las observaciones y experimentos pueden así analizarse o simplificarse de modo que pueda introducirse en los fenómenos observados cierto tipo de orden. El hombre de ciencia generaliza o elabora una hipótesis sobre la naturaleza de la información, o quizá la enlace con una cadena de fenómenos, talvez relaciones causa efecto entre diferentes fenómenos. Una hipótesis apoyada en muchas observaciones y experimentos distintos se transforma en teoría a la que Websrer define como principio general científicamente aceptable que se ofrece para explicar los fenómenos; análisis de un conjunto de hechos en sus relaciones mutuas ideales. Una fuente buena teoría relaciona, desde el punto de vista único, hechos que previamente parecían dispares sin explicación común. En realidad puede prevenir nuevos hechos y sugerir nuevas relaciones entre los fenómenos. Una teoría correcta, además de señalar la relación entre distintas clases de hechos, aclara y simplifica la comprensión de los fenómenos naturales. 1.4. Aplicaciones de la Biología. La biología es una ciencia experimental y por lo mismo esta en constante movimiento en investigaciones, experimentaciones y de nuevos resultados. Por lo mismo para su estudio se crean nuevas técnicas de estudio, nuevos métodos. Actualmente las técnicas y métodos más utilizados para el estudio de la biología son la microscopia, citología, histología, citoquímica e histoquímica. Es imposible describir formas de vida sin hablar de los lugares donde se desarrollan esto nos lleva a unos de los esquemas conceptuales, o sea que las cosas vivas de cierta región presentan relaciones estrechas entre si con el medio, este estudio es fundamental para la sociología. Las formas actuales de vida también presentan relación más o menos claras con los fenómenos de la evolución. -8- BIOLOGIA 1
  10. 10. UNIDAD II. Bases químicas de la vida. 2.1. Importancia de los elementos inorgánicos en los seres vivos. Las sustancias inorgánicas son fuentes esenciales de obtención de energía. Las células son sistemas físico – químicos vivientes que absorben, traducen y utilizan la energía para conservar el estado altamente improbable que es la vida. La energía es definida como una capacidad de efectuar trabajo; puede adoptar la forma de calor, luz, electricidad, movimiento o energía química. No se puede sostener la vida sin gasto constante de energía, se puede considerar que la energía es de dos tipos: la potencial y la cinética. 1. Energía potencial: Reconoce a la energía potencial como la capacidad para hacer trabajo debido a la posición o estado de una partícula. Puede ser química, eléctrica, fólica, de posición. 2. Energía cinética: Se defina como la energía de una partícula en movimiento. Una roca en la cima de una colina tiene energía potencial a causa de su posición. Al rodar por la pendiente, la energía potencial se convierte en energía cinética. Las conversiones de la energía potencial química en otras formas de energía potencial (otras configuraciones químicas durante las síntesis, producción de potenciales eléctricos y movimientos) en y en energía cinética (calor) son continuas en las células. Los principios que rigen las relaciones entre energía potencial y energía cinética, se encuentran incorporados en la ley de la termodinámica. Las mediciones de las conversiones de energía potencial en energía cinética deben hacerse en una porción arbitraria de materia, conocida como sistema; por ejemplo. Una célula y sus alrededores inmediatos, o un organismo y su ambiente inmediato. Un sistema absorberá energía de su ambiente o la perder el mismo, a menos que intente aislarlo. El estudio de las transformaciones de la energía de los organismos vivientes se denomina bioenergética. El mundo biológico pueden distinguirse tres tipos importantes de transformaciones de la energía: la radiante, la química y trabajo biológico. 1. Energía radiante: La energía de la luz solar es capturada por la clorofila, pigmento verde en las plantas verdes, y es transformada por proceso de fotosíntesis en energía química. Esta energía se usa para sintetizar carbohidratos y otras moléculas complejas a partir del bióxido de carbono y agua. La energía radiante de la luz del sol, una forma de energía cinética, es transformada en un tipo de energía potencial. La energía química es almacenada en las moléculas de carbohidratos y otros alimentos como energía de los enlaces que unen sus átomos constituyentes. -9- BIOLOGIA 1
  11. 11. 2. Energía química: La energía de los carbohidratos y otras moléculas es transformada por el proceso llamado respiración celular en energía biológicamente útil de enlaces fosfatos ricos en energía. Esta clase de transformación de la energía se traduce en la mitocondria. 3. Trabajo biológico: Ocurre cuando la energía química de estos enlaces fosfato ricos en energía es utilizada por las células para hacer trabajo (el trabajo mecánico de la contracción de muscular, el trabajo eléctrico de conducir un impulso nervioso, el trabajo osmótico de mover moléculas contra una pendiente o el trabajo químico de sintetizar moléculas para el crecimiento). Al producirse estas transmisiones, la energía pasa fácilmente al medio ambiente y se disipa como calor. Las plantas y los animales han creado ciertos traductores de energía notablemente eficaces, como cloroplastos y mitocondrias, para efectuar estos procesos junto con eficientes mecanismos de control para regular los traductores y permitir a las células adaptarse a las variaciones en las condiciones ambientales. Para tratar de entender la naturaleza físico-química de la célula y los diversos sistemas biológicos que contiene, es conveniente revisar los componentes estructurales de la célula y los constituyentes moleculares involucrados. Los componentes químicos de la célula se clasifican en: inorgánicos (agua y sales minerales) y orgánicos (proteínas, hidratos de carbono, ácidos nucleicos, lípidos, etc.). 2.1.1. Agua. El agua es un constituyente esencial para los cuerpos celulares, se encuentra en gran concentración en el citoplasma, produciendo la turgencia celular. Se tiene en concentración del 75% a 90% en un cuerpo celular o en el citoplasma. El agua sirve como solvente natural para los iones minerales y otras sustancias, y también como medio de dispersión para la estructura coloidal del protoplasma. El agua también es indispensable para la actividad metabólica, ya que los procesos fisiológicos se producen exclusivamente en un medio acuoso. Las moléculas de agua también participan en muchas reacciones anzimáticas de la célula y pueden formarse como resultado de procesos metabólicos. El agua se encuentra en la célula en dos formas: 1. Agua libre: Representa el 95% del agua total y es la parte usada principalmente como solvente para los solutos y como medio dispersante del sistema coloidal del protoplasma. Tiene un elevado calor específico y es capaz de absorber una gran cantidad de calor antes liberarlo al medio circundante. De esta manera, el agua protegerá a la célula de cambios caloríficos bruscos. Es un solvente que mezclado con un soluto permite formar una solución. Permite mantener la homeostasis (el equilibrio en concentración de agua, temperatura, compuestos químicos orgánicos e inorgánicos. -10- BIOLOGIA 1
  12. 12. Facilita la conducción de compuestos sustancias, en el cuerpo celular y permite la hidratación corporal. 2. Agua de enlace, fija o ligada: Representa el 4% a 5% de agua en el cuerpo celular, es la que esta unida flojamente a las moléculas de proteínas por uniones de hidrógeno y otras fuerzas, sirve para ligar compuestos para la constitución completa del agua. Ejemplo: asociación de hidrógeno (H) y oxigeno (O2), formando dos moléculas de hidrogeno y uno de oxigeno, constituyendo el H 2O cuya formula es el agua. 2.1.2. Sales e iones. Además del agua, en la célula encontramos componentes inorgánicos, pueden estar en forma de sales y iones, funcionalmente los componentes inorgánicos sirven en parte, para mantener la presión osmótica dentro de la célula. Ciertos iones son de particular importancia en la organización de la célula y en sus actividades metabólicas. Uno de los más significativos es el grupo de los fosfatos (PO43-) que esta asociado con las fosfoproteínas, fosfolípidos y nucleótidos Existe una gran variedad de minerales que forman parte de un cuerpo celular. El Fierro o hierro (Fe), se localiza en concentraciones de clorofila, en el citocromo y peroxidazas. El magnesio (Mg) y potasio (K), son esenciales para la formación e integridad de los ribosomas. El calcio (Ca) participa en la formación de la pared celular. El magnesio (Mg), fierro (Fe) y potasio (K) participan como activadores enzimáticos. El manganeso (Mn) participa en la formación del ácido desoxirribonucléico (ADN). El fósforo (P) participa en la integración del trifosfato de adenosina (ATP). El azufre (S) es un constituyente de muchas sustancias orgánicas celulares: proteínas, carbohidratos y lípidos. El fierro (Fe), constituyentes de sustancias de conducción. 2.2. Las biomoléculas en los seres vivos: Los principales compuestos orgánicos de las células son: carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y esteroides. Algunos se necesitan para la integridad estructural de la célula; otros para suministrar energía y otros que regulan el metabolismo. Los carbohidratos y los lípidos son las principales fuentes de energía química en casi todas las formas de vida; las proteínas son elementos estructurales, pero tienen mayor importancia aun como catalizadores (enzimas) y reguladores de proceso celulares. Los ácidos nucleicos son de importancia en el almacenamiento y -11- BIOLOGIA 1
  13. 13. trasferencia de información usada en la síntesis de proteínas específicas y otras moléculas. 2.2.1. Carbohidratos. El protoplasma de una célula vegetal o animal contiene aproximadamente el 1% de carbohidratos. Los carbohidratos compuestos por carbono, hidrógeno y oxigeno, representan las fuentes de energía para las células animales y vegetales. En muchos vegetales son también constituyentes importantes de las paredes celulares y sirven como elementos de sostén. En los tejidos animales existen menos carbohidratos, los mas importantes de los cuales son la glucosa, la galactosa, el glucógeno y lo azucares animales y sus polímeros. Los carbohidratos de importancia biológica se dividen en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos, se conocen comúnmente como azúcar, son solubles al agua, se clasifican de acuerdo con el número de átomos de carbono en: triosas, pentosas, hexosas y heptosas. Las más importantes en las células son las pentosas y hexosas. La pentosa ribulosa es importante en la fotosíntesis. La hexosa glucosa constituye la fuente primaria de energía para la célula. La hexosa galactosa se halla en el disacárido lactosa, y la fructosa o levulosa, que forma parte de la sacarosa. Los disacáridos, son también conocidos comúnmente como azúcar, son formados por condensaciones de dos manómetros o monosacáridos con pérdida de una molécula de agua. Entre las sustancias más importantes de este grupo están: la sacarosa y la maltosa en vegetales y la lactosa en animales. Los polisacáridos resultan de la condensación de muchas moléculas de monosacáridos con correspondiente pérdida de moléculas de agua. Después de la hidrólisis dan lugar a moléculas de azucares simples. Los polisacáridos de mayor significación biológica son el almidón y el glucógeno, que representan sustancias de reserva en células vegetales y animales respectivamente. El glucógeno puede ser considerado como almidón de las células animales. Se encuentran en diversos tejidos y órganos, pero la mayor proporción esta contenida en el hígado y músculos 2.2.2. Lípidos. Los lípidos constituyen de 2 a 3%, en el protoplasma de una célula vegetal o animal. Son importantes porque representan un constituyente principal en la estructura de todos los sistemas membranosos. -12- BIOLOGIA 1
  14. 14. Son sustancias orgánicas insolubles al agua; tienen dos funciones principales: como componentes estructurales de la membrana y como forma de reserva de combustible metabólico. Hay varias clases diferentes de lípidos, pero todas ellas contienen grandes estructuras no polares en forma de hidrocarburos, que las hacen de naturaleza aceitosa o cerosa, insoluble al agua. Los lípidos más simples son los triglicéridos, que están compuestos de ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos contienen un gran número de átomos de hidrógeno, mismos que son de gran importancia en el proceso de captura de energía. Peso por peso, los lípidos son una mejor fuente de hidrógeno (energía) que los carbohidratos, aunque ciertos lípidos desempeñan un papel vital en la estructura de las membranas celulares. 2.2.3. Aminoácidos. Las moléculas proteicas están formadas por componentes más simples llamados aminoácidos. Los 20 aminoácidos aminados que suelen encontrarse en las proteínas poseen todos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH), pero sus cadenas laterales son distintas. El mas simple de todos, es la glicina, tiene como cadena lateral un H: la alanina, un grupo –CH3. El grupo amino permite al aminoácido aminado actuar como base y combinarse con ácidos.; el grupo ácido le permite combinarse con bases. Los aminoácidos y las proteínas sirven de amortiguadores y pueden resistir a los cambios de acidez y alcalinidad. Los aminoácidos se unen entre si para formar proteínas mediante un enlace peptídico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra. 2.2.4. Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos tienen enorme importancia biológica, debido a que son portadores de la información genética necesaria para que la vida continúe. Como las proteínas, estos ácidos se originan de la combinación lineal de moléculas pequeñas. Estas son muy diferentes de aquellas que componen las proteínas. Dichas moléculas fundamentales de los ácidos nucleicos se llaman nucleótidos. Cada nucleico consiste de tres grupo: una base nitrogenada (púrica o pirimídica), un azúcar de 5 carbonos (ribosa o desoxirribosa) y ácido fosfórico. Hay dos tipos de ácidos nucleicos. El ácido ribonucleico (RNA) que se encuentra principalmente en el citoplasma y en el nucleolo. El ácido desoxirribonucleico (DNA) se localiza en el núcleo, las mitocondrias y cloroplastos. El azúcar en el RNA es la ribosoma y, en el DNA es la desoxirribosa. Cada tipo de ácido nucleico contiene dos bases púricas y dos bases pirimídicas. Las dos bases púricas adenina (A) guanina (G), así como una pirimídica y una citosina (C) ocurren en ambos tipos. El DNA contiene la base pirimídica timina (T), y el RNA contiene el uracilo (U). -13- BIOLOGIA 1
  15. 15. 2.2.5. Hormonas. Son substancias secretadas por células de una parte del cuerpo que pasa otra parte, donde actúa en muy pequeña concentración regulando el crecimiento o la actividad de las células. Las hormonas son transportadas en la sangre desde su lugar de producción hasta el lugar en que actúan, pero los neurohumores pueden pasar por un axon, y las prostaglandinas son transferido por el líquido seminal. Las hormonas incluye compuestos químicamente muy diversos: aminoácidos y aminas, péptido, proteínas, ácidos grasos, purinas, esteroides y giberalinas. Muchas hormonas tienen varios mecanismos de acción independientes, gracias a los cuales regulan las actividades celulares. La adrenalina. Son aminas derivados del aminoácido tiroxina por hidroxilación y descarboxilación. Son sintetizadas y almacenadas en las células cromafines de la médula suprarrenal y liberadas cuando se estimulan las células por impulsos transmitidos por el sistema nervioso simpático. La tiroxina. Es sintetizada en la glándula tiroides. La tiroides tiene una bomba de yoduro que puede acumularla en el torrente sanguíneo y concentrarlo muchas veces. El ácido indolacetico. Es la hormona primaria de crecimiento o auxina de las plantas, es sintetizado a partir del aminoácido triptofano por transaminación y descarboxilacíon en las puntas de los tallos y raíces. Solo hay cantidades pequeñas de auxina en las plantas, pues convertida enzimáticamente en el compuesto inactivo indolformaldehido. Hormona paratiroides. Es secretada por la glándula paratiroides e interviene en la regulación del metabolismo del calcio. La oxitosina. Son péptidos cortos. Ambas son sintetizados en las células neuro secretorias de los núcleos supraóptico. La giberalina. Es una sustancia con efectos específicos de promoción de crecimiento en las plantas. Entre otras hormonas como la testosterona que proporciona los caracteres masculinos y progesterona que proporciona los caracteres femeninos. 2.2.6. Vitaminas. Uno de los logros más meritorios dentro de la biología ha sido el descubrimiento de las vitaminas y el análisis de sus propiedades y funciones en el metabolismo. Las vitaminas son compuestos orgánicos relativamente sencillos, aunque la pequeña cantidad necesaria de la misma no puede ser usada como fuente de energía, son indispensables para la existencia, las vitaminas difieren por completo desde el punto de vista químico, pero se parecen en el hecho de que no pueden ser elaboradas por el animal, de manera que debe estar presente en el régimen alimenticio, para que el metabolismo se produzca normalmente. -14- BIOLOGIA 1
  16. 16. Hay dos grupos principales de vitaminas: las solubles en grasas o solventes lípidos, vitaminas liposolubles (A, D, E y K) y las fácilmente solubles en agua, vitaminas hidrosolubles (C y complejo B). si la cantidad de alguna de ellas es insuficiente, aparece un cuadro patológico especifico, o sea una enfermedad por carencia, curable solo mediante la administración de la vitamina específica deficiente. Vitaminas liposolubles: Vitamina A. Se halla presente solo en productos animales como mantequilla, huevos y aceites de hígado de pescado. La vitamina A es liposoluble y puede ser almacenado en el organismo humano, especialmente en el hígado. Es necesario para conservación y crecimiento de las células epiteliales de la piel, ojos, vías digestivas y aparato respiratorias. Vitamina D. Es antirraquítica, provoca la movilización del calcio y el fosfato de los huesos, y estimulas el paso del calcio a través de la mucos intestinal. Vitamina E. Es necesario para evitar la esterilidad. Si los alimentos carecen de este elemento, el macho es estéril como consecuencia de alteraciones degenerativas del testículo sin que además las hembras puedan completar la gestación. También actúa como antioxidante y protector de algunos componentes celulares hábiles. Desempeña función de transporte de electrones. La carencia de este elemento provoca difusión en los músculos. Vitamina K. Es importante en la coagulación normal de la sangre estimulando la síntesis en el hígado. Se encuentran en casi todos los alimentos y son elaborados por bacterias en el intestino humano. Vitaminas hidrosolubles: Vitamina C. Su deficiencia provoca la enfermedad escorbuto, así como encías sangrantes, magulladuras de la piel, artritis dolorosas y debilidad en general. Se puede obtener de frutos crudos, vegetales y carne en estado natural. Complejo vitamínico B. Se caracteriza por ser factor antiberibérico, pero de los mismos extractos del hígado, levadura y salvados de arroz de los que se obtiene los agentes contra el mal. Se agrupa uno solo con la riboflavina o vitamina G, y a la biotina o vitamina H. 2.2.7. Clorofilas. La molécula de clorofila esta formada por muchos átomos de carbono y nitrógeno, que se parece a la porción hem de la hemoglobina, pigmento rojo de los glóbulos rojos; pero en lugar de un átomo de hierro, encontramos en el centro del anillo un átomo de magnesio unido a los dos de los cuatro átomos de nitrógeno. Se conocen varios tipos de clorofila, entre los cuales las dos mas importantes se llaman ay b, esta última con un oxigeno mas y dos hidrogeno menos que la primera. Todas las plantas tienen clorofila a, pero muchas algas y algunos otros vegetales carecen de clorofila b. además de la clorofila, las plantas contienen muchos -15- BIOLOGIA 1
  17. 17. pigmentos a los que deben su gran variedad de colores en flores, frutos y otras partes de la planta. Algunos de estos pigmentos intervienen en la absorción de energía luminosa y su transferencia a clorofila para que puedan utilizarse en la fotosíntesis. Casi todas las plantas tienen un pigmento anaranjado oscuro llamado caroteno que en el cuerpo del animal puede transformarse en vitamina A 2.2.8. Proteínas. Las proteínas representan el 10, 20 y hasta el 30% en el protoplasma de una célula vegetal o animal, son los constituyentes orgánicos más abundantes. Son macromoleculares fundamentales para todos los organismos vivos, puesto que son los medios de aspersión de la información genética. Constituyen componentes moleculares muy versátiles: algunas son enzimas, otras sirven como componentes estructurales y algunas más tienen actividad hormonal. Todas las funciones fundamentales de la célula dependen de proteínas específicas. Las proteínas se dividen en dos clases principales, en base a su composición: 1. Proteínas simples, son aquellas que al hidrolizarse producen solamente aminoácidos. 2. Proteínas conjugadas, son las que al hidrolizarse producen aminoácidos y otros componentes orgánicos e inorgánicos. La parte no aminoácida de una proteína conjugada recibe el nombre de grupos prostético. Las proteínas conjugadas se pueden clasificar en base a la naturaleza química de su grupo prostético en: nucleoproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, fosfoproteínas, hemoproteínas y metaloproteína. -16- BIOLOGIA 1
  18. 18. UNIDAD III. La célula: Unidad estructural de la vida. 3.1. Evolución celular. Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis. Propone que las células eucariotas se originan a partir de una primitiva célula eucariota que actúa como célula huésped englobando a otros organismos procarióticos y estableciendo entre ambos una relación simbionte. • Se le incorporaron simbiontes como; 1. Bacteria aerobias: se estableció el citoplasma suministrándole energía. Fue el precursor de la mitocondria moderna. 2. Bacteria fotosintética: le confiere propiedades fotosintéticas y así ella no depende de compuestos orgánicos para el suministro de energía. Fue el precursor del cloroplasto moderno. • Esta relación endosimbiotica les proporciono un ambiente protegido y un aporte constante de nutrientes. • Existen varias teorías que respaldan la teoría de que mitocondrias y cloroplastos fueron bacterias: 1. Ambos tienen ribosomas procarióticos, que poseen secuencias del RNA ribosómico, características de determinadas bacterias. 2. Tienen una pequeña cantidad de DNA dispuesto en forma circular, tomado de procariotas. EL ENIGMA DEL ORIGEN DE LA CÉLULA EUCARIOTA Cada ser vivo se puede considerar como desarrollo de una fórmula inscrita en su patrimonio genético, bajo la forma de una doble cadena de polinucleótidos, que, al separarse, tienden a recuperar esa estructura duplexa. Una tendencia que a las formas de vida procariota les sirvió (y les sirve) para dar lugar, con toda facilidad, a dos células idénticas a la primera. Tras monopolizar durante más de mil millones de años toda expresión de vida en la tierra, de improviso (esta palabra sólo indica la ignorancia de los pasos intermedios) aparecen unas células más complejas (eucariotas) con ADN duplicado (diploide, al anterior le llamamos haploide) y un nuevo modo de reproducción (sexual) en el que dos progenitoras colaboran para conformar el patrimonio genético de la descendencia [para eso cada una da origen, en un proceso llamado meiosis, a unas células haploides (gametos) que se vuelven a fusionar entre sí (fecundación) para recuperar el estado diploide]. ¿Cómo se gestó su nacimiento? -17- BIOLOGIA 1
  19. 19. LA TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA La verdad es que no lo sabemos, y nos movemos en el arriesgado terreno de las hipótesis, lo que, si siempre entraña un factor de riesgo, aquí mucho más. En efecto, el dilatado periodo de tiempo que transcurrió antes de que apareciese la célula eucariota, refleja las enormes dificultades que ese proceso tuvo que afrontar. Y es que sus diferencias con la procariota no se acaban con el diploidismo y la reproducción sexual, sino que abarcan otras muchas características; y, desgraciadamente (saber el orden en que aparecieron supondría una ayuda de enorme valor), todas se presentan a la vez. De todas formas, que haya células diploides sin mitocondrias (aunque no sepamos si nunca las han tenido, o las han dejado perder), u otras en las que no se presenta la reproducción sexual (y nos dejan con la duda anterior) parece abonar la tesis de que la adquisición del diploidismo fue anterior a la de esas otras peculiaridades. Pero si es así: ¿cómo se llegó a él? Una de las teorías más aceptadas es la endosimbiosis de Margulis. Esta autora distingue entre sexo e hipersexo. El sexo bacteriano sería cualquier mezcla de genes que procedan de más de una fuente, y por lo tanto abarcaría todos los tipos de transferencia genética que tienen lugar en las bacterias [ya sean propiciados por lisis (transformación), por virus (transducción o transfección), o por plásmidos (entre ellos la conjugación]. Tras el sexo bacteriano vino el hipersexo, una "asociación simbiótica permanente que genera organismos con genes de distinta procedencia", que se presentaría con frecuencia en las bacterias (casi siempre como presuntas víctimas fagocitadas por protozoos y listas para su digestión, aunque en algún caso podrían haber escapado a ese destino): así las células eucariotas poseerían orgánulos (mitocondrias y cloroplastos) gracias a que ese hipersexo les permitió englobar en su citoplasma lo que antaño eran bacterias independientes y libres. Y Margulis propone que en alguna ocasión, algunas bacterias imitaron esa conducta. Un día, una de ellas fagocitó a otra, pero en lugar de terminar con la digestión del ADN de la célula ingerida lo respetó, y la célula resultante se convirtió en diploide: "Normalmente las bacterias nunca se funden, sino que entablan un breve contacto para enviar genes de una célula a otra. En el hipersexo, sin embargo se funden para siempre [...] La primera fusión hipersexual bacteriana (entre un oscuro microbio del grupo de las arqueobacterias y un nadador con pared celular) condujo a la primera célula nucleada." (Lynn Margulis y Dorion Sagan, ¿Qué es el sexo?, Barcelona, Tusquets, 1998, p. 79). Si las cosas sucedieron así, es de esperar que aquella "nueva especie" se comportaría como todas las demás: en cada división asexual, duplicaría el ADN y lo repartiría en partes iguales, con lo cual las células hijas seguirían siendo "diploides". Ese estado pudo persistir a lo largo de millones de años, en los que irían apareciendo los otros rasgos característicos de la célula eucariota: membrana nuclear, cromosomas, aparato mitótico, mitosis, citoesqueleto, cloroplastos, mitocondrias, etc. Hasta que un buen día, una anomalía en la replicación del ADN dio lugar a la primera meiosis. ¿Cómo sucedió? Por supuesto se trató de un accidente sin ninguna intención teleológica. El proceso de división celular implica muchos genes que actúan a modo de rosario secuencial, de forma que cada uno inicia su labor cuando el anterior ha finalizado la suya. El gen que procedía a la división del ADN entraba en acción cuando el que lo duplicaba había ejecutado su faena. Pero un buen día, algo -18- BIOLOGIA 1
  20. 20. debió disparar su actividad antes de que eso hubiese sucedido. Cuando esa anomalía ocurrió el proceso no debería haber continuado, pero como el gen se encontró con dos cadenas homólogas de ADN, se limitó a cumplir su misión y las distribuyó en dos grupos casi iguales, que volverían a ser haploides. Por la unanimidad que se ve en la actualidad, el proceso se estableció desde el inicio en dos divisiones superpuestas. Algo rompió el ritmo normal y al adelantar la segunda dio un resultado atípico (como un extrasístole que al demandar la contracción del miocardio fuera de tiempo provoca un latido anormal). Y esa anomalía dio como resultado la división de la bacteria madre en cuatro células hijas haploides (el germen de los futuros gametos). Y aquí hubiese acabado todo, si a esas células haploides no les hubieran dado por empezar a unirse otra vez entre sí, en un proceso que más tarde derivaría en la fusión de los gametos. Margulis lo achaca a ese mismo fenómeno endosimbiótico que según ella ya estuvo en el origen de la célula eucariota (emparentada con el canibalismo entre congéneres que se presenta en condiciones extremas en algunos protoctistas, concretamente en los Trichonympha, un grupo de hipermastigotos estudiado por Cleveland, quien creyó advertir que en algún caso el proceso no terminaba con la digestión de los cromosomas de la célula fagocitada, sino que sobrevivían para formar parte de la dotación cromosómica de la célula fagocítica). CLAROSCUROS DE ESTA TEORÍA La endosimbiosis, en lo que atañe a la aparición en la célula eucariota de los cloroplastos y mitocondrias, está casi unánimemente aceptada. Entre otras cosas porque todos los datos juegan a su favor: tanto las secuencias de su ADN, como las del rRNA 16S, difieren de las del núcleo eucariota, y en cambio guardan semejanzas con las de ciertas eubacterias; y además ese origen exógeno ayudaría a explicar el comportamiento un tanto independiente y autárquico de esas estructuras respecto al resto de la célula. Otra cosa es que haya podido colaborar en la formación del núcleo eucariota. El prestigioso autor (premio Novel en 1974) Christian de Duve lo pone en duda: "A menudo, se presenta la adopción endosimbiótica cual si se tratara del resultado de algún tipo de encuentro- predación agresiva, invasión pacífica, asociación o fusión mutuamente beneficiosa- entre dos procariotas típicos. Pero esa suerte de descripciones induce a confusión: las bacterias modernas no muestran ese comportamiento" (El origen de las células eucariotas, Investigación y Ciencia, nº. 237, junio 1996, p. 20) Y termina el artículo con rotundidad: "La adopción de endosimbiontes desempeñó un papel crucial en el nacimiento de los eucariotas. Con todo no fue el acontecimiento fundamental. Más significativo (y el que requirió asimismo un número mayor de innovaciones evolutivas) fue el largo y misterioso proceso (la negrilla es nuestra) que posibilitó tal incorporación: la lenta conversión, a través de mil millones de años, de un antepasado procariota en un gran microorganismo fagocítico que poseía la mayoría de los atributos de las células eucariotas modernas". Es posible que Christian de Duve lleve razón (que sepamos, no hay un solo caso documentado de esa "fusión bacteriana" que defiende Margulis): La endosimbiosis -19- BIOLOGIA 1
  21. 21. que dio origen a mitocondrias y cloroplastos, parecería exigir un proceso previo en el que una procariota se fue convirtiendo en una célula capaz de engullir cuerpos del volumen de las bacterias. En efecto, esa capacidad de fagocitar, presupone modificaciones en la pared celular, aumento de volumen y la presencia de una estructura citoesquelética y reticular. Y queda la duda de si entre esos atributos a los que esa célula procariota ya había llegado, estaría incluido el diploidismo (es difícil que esas adquisiciones pudieron llevarse a cabo, sin un incremento paralelo del ADN del genóforo ¿tal vez hasta haber alcanzado esa condición diploide?). Se puede alegar que, aunque no se haya podido probar un solo caso de simbiosis bacteriana, es una posibilidad que, en principio, no se debe rechazar. Las condiciones de la tierra han sido en otras épocas tan diferentes, que no se puede descartar que alguna hubiese podido propiciar ese proceso. ¡Y de alguna manera habrá que explicar tanto la duplicación del ADN de la célula eucariota, como su mezcolanza de genes (de arqueobacterias y eubacterias) demostrada por varios autores (Gupta, Lake, Doolittle, etc.). Pero esa explicación deja en el aire, como un fenómeno al que le costó más de mil millones de años presentarse, se convierte luego en habitual (en los gametos). ¿Es posible creer, como quiere Margulis, que se trata del mismo proceso? Y si es así: ¿por qué un comportamiento tan dispar? ¿Por qué, lo que se puede considerar casi un milagro (teniendo en cuenta el tiempo que precisó), ha pasado a ser un hecho habitual? ¿Por qué los gametos se comportan de modo diferente a las demás células haploides? ¿Por qué incluso marcan diferencias en su comportamiento y mientras unos tienen tendencia a "fagocitar" (o dejase penetrar), otros lo tienen a "ser fagocitados" (o penetrar)?. Tal vez, sin negar la importancia de la simbiosis en lo que respecta al origen de los cloroplastos y mitocondrias, en esa evolución hacia la célula diploide hayan podido intervenir otros procesos distintos que nos puedan ayudar a contestar estas preguntas. 3.2. Diferencias entre la célula procarionta y la eucarionta. Es importante introducir en este punto. El concepto de que las células con núcleo y citoplasma, así como todos los organelos celulares que han descrito, no son las masas mas pequeñas de materia viviente o protoplasmas. Existen unidades de vida mas simples o primitivas. Así, los procariontes, no poseen núcleo, no existe membrana nuclear y la sustancia nuclear se mezcla o se encuentra en contacto directo con el resto de protoplasma. Comprenden las bacterias y algunas algas (las azul – verdes). La célula eucarionte consta de una pequeña masa de protoplasma, el citoplasma, tiene núcleo verdadero y esta rodeado de la membrana plasmática. Comprenden a los animales, vegetales y protistas. Tipos de bacterias. Las bacterias son organismos microscópicos. Se conocen alrededor de 1600 especies. Son pocos los lugares del mundo sin bacterias. Las hay hasta cinco metros d profundidad de la tierra, en el agua dulce y salada; aun en los hielos de los glaciares, en el aire, en líquidos como la leche y en el interior de y exterior de los cuerpos de vegetales y animales, ya sean estos vivos y muertos. La inmensa mayoría son estrictamente saprofitos y como tales benefician al hombre, ya que ayudan al hombre, ya que ayudan a descomponer las cantidades enormes de materia inorgánica. Varias especies producen enfermedades en el hombre como la tuberculosis, neumonía y la fiebre tifoidea. En los animales producen enfermedades -20- BIOLOGIA 1
  22. 22. como brucelosis y ántrax. Se conocen alrededor de 200 especies que producen enfermedades en las plantas, como manchas, tizones, marchitamientos, pudriciones, agallas, cáncer, sarna, entre otras. Las bacterias son pequeñas, de menos de 1 hasta 10 micras de longitud; y de 0.2 a 1 micra de anchura. Normalmente están constituidas por células procarióticas simples, es decir, células que contienen un solo cromosoma pero que carecen de membrana nuclear. Las bacterias pueden tener forma de bastones (bacilo), esféricas, elipsoidales, espirales, de coma o filamento. Esferica Bastones Elipsoidales Flilamentosas Formas bacterianas Las bacterias reclasifican principalmente por sus características fisiológicas y bioquímicas, mas bien por sus caracteres morfológicos. Los bacilos pueden presentarse como bastones aislados, o como cadena larga de bastones aislados entre si (por ejemplo, los bacilos de carbunco). La difteria, fiebre tifoidea, tuberculosis y lepra, son enfermedades basilares. Las formas esféricas -21- BIOLOGIA 1
  23. 23. pueden estar aisladas en algunas especies; también en las hay en grupos de dos (por ejemplo, el gonococo, que produce la gonorrea) o en cadenas largas (estreptococos); finalmente, pueden formar acúmulos irregulares a modos de racimos de uvas (estafilococos). Hay dos tipos de formas espirales: los espirilos, que tienen pocas espiras y a veces pueden parecerse a una coma (como el caso del germen del cólera) y espiroquetas, con muchas vueltas a modo de sacacorchos, como el organismo que produce la sífilis. Las bacterias pueden desplazarse por la acción de prolongaciones celulares a modo de látigos, llamado flagelos. Estos lo tienen la mayor parte de las bacterias espirales y en forma de bastoncitos. Las bacterias se reproducen a una velocidad sumamente rápida. En condiciones favorables, las bacterias pueden dividirse cada 20 a 60 minutos. De ahí que una bacteria se divida en dos, dos en cuatro, cuatro en ocho y así sucesivamente, mediante el proceso de reproducción asexual conocido como “Fusión binaria”. Entre las células bacterianas podemos citar a la escherichia coli; mide alrededor de 2 µm (20,000 amstromg Å) de longitud por 0.8 µm (8000 Å) de ancho. Se encuentra rodeada de una rígida pared celular que contiene moléculas proteicas, lípidos y polisacáridos. Por dentro de la pared celular existe una membrana celular o plasmática, estructura lipoprotéica que constituye una barrera molecular, hay enzimas vinculadas con la oxidación de metabólicos que componen la cadena respiratoria. Mediante el microscopio electrónico, es posible reconocer regiones mas claras (a menudo llamada nucloides), donde se encuentra el cromosoma de la bacteria, formado por una sola molécula circular de ácido desoxirribonucleico (ADN), fuertemente plegada y empaquetada dentro de la región nuclear y contiene la información genética del organismo. Es un hecho importante que el ADN esta adherido en un punto a la membrana plasmática. Rodeado el ADN, en la región mas oscura del protoplasma, existe un gran número de partículas, de alrededor de 250 Å, los ribosomas, puestos de ácido ribonucleico (ARN) y proteínas. El resto de la célula se compone de agua, diferentes tipos de ARN y proteínas y otras moléculas más pequeñas. De lo dicho acerca de la E. coli es evidente que debe existir un límite inferior de tamaño para la célula. En efecto, esta ha de ser lo bastante grande como para: a). Poseer membrana plasmática. b). Contener el material genético suficiente para codificar los diversos ARN que intervienen en las síntesis de proteica. c). Tener la maquinaria biosintética necesaria para que esta síntesis ocurra. Entre los agentes que presentan la mas pequeña masa viviente, se hallan los microbios del grupo del a pleuroneumonía (PPLO), productores de enfermedades infecciosas en diferentes animales y el hombre, y que pueden ser cultivados in vitro, -22- BIOLOGIA 1
  24. 24. como cualquier otra bacteria. Estos agentes varían en diámetro entre 0.25 y 0.1 µm, por lo tanto, su tamaño corresponde al de algunos virus grandes. La importancia biológica de losa microorganismos citados radica en el hecho de que su masa vivientes mil veces menor que el tamaño promedio de una bacteria (diámetro= 1 µm) y un millón de veces menor que una célula eucarionte. El estudio de estos organismos elementales y de las bacterias en general es de interés para la biología celular, porque representa la simplificación extrema de las diversas modalidades reestructura y función que se encontrarán en las células superiores. Cianofitas. Son plantas microscópicas y unicelulares, pocas viven aisladas, pues la mayoría forman cenobios (reunidas en grupos) filamentos, laminares y globulosos. Algunas poseen además un pigmento azul, la ficocianina, que al estar en grupo, les da un color verde azulado muy característico. La mayoría de las cianofíceas son inmóviles, aunque algunos géneros como oscilatorias y spirulina, poseen movimientos muy característicos. Su respiración es aerobia, su nutrición autótrofa debido a la clorofila y su reproducción se efectúa por bipartición, carece de reproducción sexual. Son plantas cosmopolitas, viven principalmente en aguas dulces, pantanos, lagos estanques, piletas, aguas marinas, etc. Formando parte del plancton. Son abundantes en épocas calurosas, que a veces transmiten su coloración a las aguas en donde viven. Algunas especies no cianofíceas pueden vivir en lugares húmedos como en el suelo, rocas, corteza, muros, etc. Otras se asocian en simbiosis con algunos hongos y construyen ciertas especies de líquenes. Clasificación: Las cianofíceas comprenden dos géneros conocidos: 1). Oscilatoria. Viven flotando en la superficie de las aguas, formando capas de color azulado. Todas las células poseen idéntica estructura y desempeñan las, mismas funciones. Cada célula consta de membrana y protoplasma. La membrana o capsula de secreción es bien visible y, en su composición intervienen celulosa y sustancias pectinas. En el protoplasma reencuentran los pigmentos (clorofila y ficocianina) repartidos homogéneamente y, así mismo, reserva como glóbulos de grasa, corpúsculo proteicos y glicógeno. El centroplasma o cuerpo central, representa un núcleo incipiente que carece de membrana y nucleolo. En esta región se acumula la cromatina en forma de gránulos o bastoncitos, y en ocasiones se observa un retículo constituido de filamentos muy finos y refringentes. Las reservas también pueden encontrarse en este sitio. Oscilatorias no forman esporas, pero sus células deshidratadas resisten la épocas de sequía y el invierno, retornando a su vida normal al volver la primavera o época de lluvias. -23- BIOLOGIA 1
  25. 25. 2). Nostoc. Muy comunes en piletas, estanques, piedras bañadas por el agua, superficie de aguas estancadas, entre hiervas húmedas y en los suelos encharcados después de la lluvia. Muestran aspectos de masas gelatinosas globulosas de colores verde azulado y microscópicos, alcanzan desde 1 a 5 cm de diámetro. Las células en su mayoría son pequeñas mas o menos esféricas con estructuras semejantes oscilatoria. La conservación de la especie se logra por la formación de esporas. Al llegar las épocas poco propicias (invierno o sequías), se desintegran los cenobios quedando las esporas que, en una latente resisten meses y aun años. Cuando caen en medios apropiados, germinan y forman nuevos filamentos y masas gelatinosas. Comparación entre células procarióticas y eucarióticas CÉLULA PROCARIONTE CÉLULA EUCARIONTE CÉLULA ANIMAL CÉLULA VEGETAL 1. Tamaño Entre 0.5 y 5 µm de diámetro. Entre 5.0 µm y Entre 10 µm y 100 hasta 75 mm. µm. (Como es el caso del óvulo de avestruz) 2. Envoltura No posee envoltura nuclear, el Posee una Posee envoltura Nuclear ADN se encuentra disperso en envoltura nuclear nuclear definida, al el citoplasma. definida que igual que la célula contiene el DNA. eucarionte animal. Esta membrana tiene muchos poros para dejar entrar o salir cosas. 3. Nucleolos No posee nucleolos. Posee nucleolo Algunas veces más denso, para la posee mas de uno. síntesis de subunidades de ribosomas. 4. Cromosomas El ADN se organiza en un solo Posee más de 1 Posee más de 1 -24- BIOLOGIA 1
  26. 26. cromosoma. cromosoma, en cromosomas, en células de animales células vegetales superiores se se presenta en presenta en pares y pares y su número su número depende es fijo para cada de la especie a cual especie. corresponda. 5. Pared Celular Posee una pared celular rígida, No posee una Posee una pared protege frente a daños e pared celular. celular rígida hinchamiento osmótico. Está compuesta de constituida por polisacáridos. celulosa, lo que Se encuentra por dentro de la determina las cápsula o vaina y por fuera de formas la membrana plasmática, y geométricas que también es segregada por la encontramos en misma célula los tejidos vegetales, como el hexagonal observado en las células de la cubierta de las cebollas. 6. Organoides -Ribosomas (partículas -Aparato de Golgi -Aparato de Golgi formadas por proteínas y -Vacuolas -Vacuolas grandes ácidos nucleicos que sintetizan pequeñas proteínas). -Ribosomas -Ribosomas -Lisosomas -Lisosomas -Retículo -Los Retículos endoplasmáticos endoplasmáticos liso y rugoso liso y rugoso -Mitocondrias -Mitocondrias -Cloroplastos -Centríolos -25- BIOLOGIA 1
  27. 27. 7. Membrana Posee una membrana Posee una Posee una Plasmática plasmática, formada por una membrana membrana doble capa de lípidos y de plasmática, permite plasmática. Su proteínas, la cual tiene unos entrada o salida de forma se adapta a pliegues hacia el interior componentes la rigidez de la denominados mesosomas. mediante multitud pared celular. Rodea a la célula manteniendo de transportadores la individualidad. Hay muchos específicos. Así transportadores para meter o mismo tiene sacar moléculas. Además tiene muchos receptores la función de producir energía de señales. No está creando un gradiente de relacionada con la concentración para que cuando producción de se deshaga usar esa energía. energía. Para crear este gradiente se usa energía procedente de nutrientes o del sol. 3.3. Características de las células vegetales y animales. Las células animales y vegetales se parecen en que tienen membrana, citoplasma, núcleo, vacuolas y organelos celulares; pero las vegetales tienen unas estructuras que las animales no poseen. Además de la pared celular, las células vegetales presentan cloroplastos. Los cloroplastos contienen una sustancia verde llamada clorofila, que da ese color a las plantas, y es necesaria para realizar la fotosíntesis. Estructuras ¿Se encuentra en la célula vegetal? ¿Se encuentra en la célula animal? Membrana celular Sí Sí Pared celular Sí No Citoplasma Sí Sí Organelos celulares Sí Sí Núcleo Sí Sí Membrana nuclear Sí Sí Cromosomas Sí Sí Vacuolas Sí Sí Cloroplastos Sí No -26- BIOLOGIA 1
  28. 28. Célula vegetal Célula animal -27- BIOLOGIA 1
  29. 29. 3.4. Estructura y función de los componentes celulares. 1. Pared celular. Es una estructura rígida que solo poseen las células vegetales y algunas bacterias. Las células animales no tienen pared celular, solo membrana celular. Esta compuesta por materiales que elabora la célula. Estos materiales son: sales, minerales, ceras, celulosa y lignina. La ligninas forma unas redecillas que sirven como vasos, por esos vasos pasan agua y otras sustancias. La pared celular esta formada por tres capas: pared primaria, lámina media y pared secundaria 2. Membrana celular. Con el microscopio compuesto la membrana se ve como una línea que separa a la célula del exterior. También se observa que membrana esta formada por dos capas de proteínas. Entre estas se encuentran una capa de lípidos (grasas). La membrana envuelve a la célula, separándola del exterior, y envuelve también a los órganos celulares. 3. Citoplasma. El citoplasma esta rodeada por la membrana celular y, en su interior, se encuentran los organelos y las microestructuras de las células. Además, todas las células vegetales y de las bacterias tienen una pared celular que rodea a la membrana. -28- BIOLOGIA 1
  30. 30. Las partes de la célula que se encuentra en el citoplasma se dividen en dos grupos: A). Los organelos. Están rodeados por una membrana propia que los separa del citoplasma. Los organelos son: mitocondrias, plastos, lisosomas, complejo a aparato de golgi, vacuolas, retículo endoplásmico de superficie lisa, retículo endoplásmico de superficie rugosa, núcleo. a). Mitocondrias. Es un organelo celular solo presente en las células provistas de un núcleo definido. Se encuentran en el citoplasma. Esta compuesta químicamente por : lípidos, proteínas, enzimas, DNA, RNA y minerales. Las mitocondrias tienen formas de pequeñas salchichas o puros, y se tiñen de oscuro. Esta formada por dos membranas: una interna y otra externa. Estas también se llaman pared interna y pared externa. Las mitocondrias tienen una organización compleja. La pared o membrana interna de la mitocondria tiene un grosor de 6 a 8 nm, y casi siempre se extiende como proyecciones llamadas cresta hacia adentro a través de casi toda la cavidad interna del organelo. Puede haber muchas crestas. Estas aumentan mucho el área de superficie expuesta a la cavidad interior de la mitocondria y ofrecen amplio espacio para acomodar los ensambles enzimáticos. El espacio entre los pliegues que forman l cresta se les llama matriz. La matriz mitocondrial esta formada por un líquido que contiene enzimas y coenzimas. Las enzimas son proteínas y las coenzimas vitaminas. Las dos aceleran las reacciones químicas que suceden en la matriz mitocondrial. Las mitocondrias están relacionadas con respiración celular y convierten la energía la energía liberada por oxidación en energía de enlace de ATP o en energía para el trabajo osmótico en el movimiento de solutos a través de las membranas. La función de la mitocondria es parecida a la de una central eléctrica. Es la responsable de reproducir y almacenar la energía que la célula necesita. Obtiene la energía al convertir los lípidos, carbohidratos y proteínas en compuestos más simples. Este proceso se llama catabolismo. -29- BIOLOGIA 1
  31. 31. Gran parte de la energía liberada por el metabolismo se convierten en calor. Otra parte se convierte en una molécula que se llama ATP (trifosfato de anenosina). La energía en forma de calor se pierde porque no puede ser utilizada. El ATP almacena, en cambio, la energía en el catabolismo. La energía que almacena el ATP es usada después por la célula para construir substancias más complejas a partir de sustancias más simples. Este proceso se llama anabolismo. Este es exactamente lo contrario al catabolismo. b). Plastos. Se encuentran únicamente en las células vegetales, existen dos tipos: Leucoplastos: No tienen colorantes en su interior, no modificados por algún pigmento. Se encuentran en mayor abundancia en los tejidos profundos de los vegetales, siendo muy numerosos en las raíces y tallos subterráneos. Per ose pueden encontrar -30- BIOLOGIA 1
  32. 32. en otros órganos del vegetal: como las células sexuales, en las semillas, embriones y hasta en la epidermis de las hojas, tallos y flores. En las células jóvenes, en la sexuales y embrionarias, los leucoplastos adoptan formas de: granulaciones, esferitas, y bastoncitos. La única distinción precisa que se puede hacer, es que los leucoplastos tienen la propiedad de laborar almidón. Se originan los leucoplastos del condrioma, de la división de los ya existentes, siendo esta de manera irregular, obteniéndose fragmentos desiguales de los cloroplastos cuando pierden clorofila y de los cromoplastos, cuando en ellos desaparecen los pigmentos. Cromoplastos: Son plastos que se impregnan con los pigmentos rojo, amarillo y anaranjado; en relación a las coloraciones se encuentran en algunas raíces, flores y frutos. La coloración que tienen se debe a dos pigmentos: la xantofila de color amarillo y la carotina de color rojo anaranjado. Algunos cromoplastos adoptan formas: esféricas, ovoides, elípticas, lenticulares, discoidales, pero la mayoría de ellos tienen otra formas muy distintas y variadas: bastoncito, filamentos gruesos provistos de hinchamientos, huesos delgados o gruesos y con puntas delgadas, aguja, poliédricos, corpúsculos gruesos redondeados u ovoides y vesiculosos, etc. Los cromoplastos, además de provenir de la transformación del condrioma, se forman en abundancia a partir de los leucoplastos y a veces de los cloroplastos. -31- BIOLOGIA 1
  33. 33. Los cromoplastos más abundantes en la naturaleza son los cloroplastos. Los cloroplastos llamados también granos de clorofila, contienen un pigmento verde o llamado clorofila, sustancia características de las plantas verdes y la poseen la mayoría de los tallos, ramas y especialmente las hojas. A través de la clorofila las plantas desempeñan la función denominada fotosíntesis o función clorofílica. Los cloroplastos adoptan, en las distintas plantas, dimensiones y formas muy variadas: de banda en espiral, de pared, en placas, estrelladas, esférica, ovoide, elíptica, lenticular y discoidal. Los cloroplastos están formados por: 1. Membrana interna 2. Membrana externa 3. Granas 4. Estromas Las membranas internas y externas forman un saco que cubre el organelo. Las granas tienen la forma de una pila de monedas, y en su interior esta la clorofila. Lo que rodea y soporta a las granas se llama estroma. Gracias a la fotosíntesis, las plantas pueden sintetizar compuestos orgánicos a partir del agua, bióxido de carbono y luz solar, para obtener glúcidos, lípidos y prótidos. La fotosíntesis consta de dos pasos importantes: El primero es el de transformar la energía del sol en ATP. El segundo es la de sintetizar compuestos complejos a partir de CO 2, H2O y sales minerales. De este proceso se libera oxigeno. c). Los lisosomas. Son organelos celulares imitados por membranas que contienen enzimas Hidrolíticas. Suelen ser de menores dimensiones que las mitocondrias, el tamaño varía de entre 0.25 y 0.8 um. Con microscopios electrónicos, tienen forma de gránulos aislados densos. Se distinguen de las otras partículas citoplásmicas por su contenido de enzimas Hidrolíticas y fosfataza ácida. Los lisosomas se han observado en muchas células animales y estructuras similares, se han visto en las células vegetales. Como ya se dijo, en su interior se encuentran enzimas que aceleran los procesos químicos. Estas convierten las moléculas complejas en compuestos mas sencillos, las degradan. Esta acción de los lisosomas se llama lisis. -32- BIOLOGIA 1
  34. 34. La función del lisosoma es la de transformar las partículas sólidas que han entrado a la célula en compuesto que esta pueda utiliza. Cuando una bacteria es fagotizada por alguna célula, las enzimas de los lisotas son encargadas de dirigirla. Cuando una célula le falta alimento, el lisosoma los dirige al organismo celulares menos importantes Las enzimas de los lisosomas de célula como los glóbulos blancos, solas que dirigen a la bacteria que atrapan y fagocitan. Los lisosomas pueden origiase. A partir del retículo endoplásmico, del complejo de golgi o ambos. Están compuestos químicamente de lípidos, proteínas y enzimas hodroliticas. d). Aparato y complejo de golgi. Es un sistema de conductillos formado por varias capas de saco o membranas comunicadas entre si, pareciendo a una pila de monedas o tortillas (cisterna) pero casi siempre liso y desprovisto de ribosomas. El aparato de golgi se encuentra en casi todas las células eucarióticas, pero quizás es más prominente en las células de los vertebrados que en las de los invertebrados y las plantas. El aparato de golgi se encuentra cerca del núcleo y tiene dos caras; una cara “mira” al núcleo de la célula; la segunda cara hacia la membrana celular. Se ha observado que las proteínas sintetizadas por el retículo endoplásmico rugoso, llegan a la cara inmadura del aparato de golgi; allí se agregan carbohidratos para -33- BIOLOGIA 1
  35. 35. formar una glico-proteína; después se desprende del aparato de golgi una vesícula que lleva esta glico-proteína hasta la membrana celular y su contenido es secretado al exterior. Se ha visto que las células especializadas en la secreción de sustancias. Contienen abundante aparato de golgi. En resumen, podemos identificar que las funciones del aparato ge golgi son: 1). Secreción de sustancias celulares. 2). Producción de azucares complejos y 3). Regeneración de la membrana celular. e). Retículo endoplasmico o endoplasmático. Esta organizado en una redecilla de cavidades con límites membranosos delgados que, según las diferentes condiciones fisiológicas varían mucho en el tamaño y forma. De su composición química contiene: lípidos, proteínas, agua y enzimas. Se llama retículo porque algunas de sus imágenes en el microscopio óptico se parecen a una red. Y endoplasmico porque esta en el interior del citoplasma. El retículo endoplasmatico se diferencian en porción lisa y rugosa. -34- BIOLOGIA 1
  36. 36. Es rugosa, porque en la superficie del retículo endoplásmico se encuentran unas partículas o “granos”, llamadas ribosomas. Es lisa, cuando en el retículo endoplasmico no posee ribosomas en su superficie. El retículo endoplasmico rugoso esta parcialmente desenrollado en las células que producen proteínas, como enzimas y secreciones glandulares para excreción. La membrana del retículo endoplásmico liso contiene enzimas que participan en la síntesis de esteroles, fosfátidos, triglicéridos y otros lípidos y, por lo tanto, desempeñen una parte activa en el metabolismo de lípidos. De lo anterior se puede indicar que la función del retículo endoplasmico es almacenar y sintetizar proteínas formada por los ribosomas; también almacenan lípidos y otros productos del citoplasma, conducción de materiales, colección de productos de actividades sintéticas y conexión de células a través de plasmodesmos. f). Vacuolas. Es un organelo que esta compuesto químicamente de agua, azúcares, ácidos orgánicos, proteínas, sales, oxígeno, CO2 y pigmentos. Son cavidades parecidas a burbujas llenas de un líquido acuoso y rodeado de membrana vacuolar de estructura análoga a la de la membrana plasmática. Las vacuolas son comunes en las células vegetales y en la de los animales inferiores, pero raras en las superiores. En la de los animales inferiores, disponen de vacuolas alimenticias en las cuales tiene lugar la digestión y vacuolas contráctiles, los cuales, absorben agua procedente del citoplasma y después la expulsan hacia el medio circundante. La es una célula vegetal madura, ocupa en general 50% del volumen celular (en los casos extremos hasta 90%) La función principal de la vacuola es la segregación de desechos y solutos. Facilita el intercambio de gases y mantiene la turgencia celular. -35- BIOLOGIA 1
  37. 37. g). Núcleo. Es un organelo que se encuentra en el centro de la célula. Por lo general es de forma esférica y ovoide, aunque también existen los cilíndricos cuando las células se alargan y estrechan; lenticulares, cuando existen vacuolas en el citoplasma que hacen presión sobre el núcleo y lo aplastan. La función es dirigir los procesos de la célula. Es quien ordena a la célula el tipo de proteína que debe de producir. También tiene la información hereditaria que transmitirá a las células hijas. Esta compuesto químicamente por proteínas, enzimas, lípidos, calcio, magnesio, agua, además de poseer los ácidos nucleicos: el ARN (ácido ribonucleico) y ADN (ácido desoxirribonucleico). Las partes principales de un núcleo completo son: 1. Membrana nuclear. 2. Material genético: Cromatina y cromosoma. 3. Jugo nuclear. 4. Nucleolo. -36- BIOLOGIA 1
  38. 38. 1. Membrana nuclear: es una fina película semejante a un aspecto físico a la membrana plasmática. Resulta probablemente de la condensación del jugo nuclear al contacto con el citoplasma. Separa al núcleo del citoplasma celular y preside los cambios de sustancias entre el uno y el otro. Se considera constituida, en su mayor parte, por una sustancia proteica llamada anfiperina. -37- BIOLOGIA 1
  39. 39. 2. El material genético. Se encuentra dentro del núcleo del acido desoxirribonucleico (DNA). El DNA a veces esta enrollado, y otras, esta disperso. Cuando la célula esta en reposo, es decir, cuando no esta en proceso de división, el DNA esta disperso formando cromatina. Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se enrolla formando los cromosomas; estos, contienen en su interior las unidades hereditarias conocidas como genes. La cromatina es la parte del núcleo que se considera de mayor significación e importancia, recibe este nombre por tener gran avidez por los colorantes. Se presenta en forma de granulación teñidos de oscuro y también como una red irregular de filamentos. La cromatina, llamada también nucleína, es una sustancia proteica muy compleja, en cuya constitución toman parte principal los ácidos nucleicos. Los cromosomas, como ya se dijo, reconstituyen durante el proceso de división celular (cariocinesis), en los cuales se encuentran representados los caracteres hereditarios que se transmiten, de una célula a otra y de un organismo, a otros que de ellos se deriven. -38- BIOLOGIA 1
  40. 40. 3. Jugo nuclear. Es la sustancia semilíquida contenida en el núcleo. Su constitución física y química es muy semejante a la del citoplasma, aunque parece en ciertos casos, ser menos denso que este, por lo que se hace visible en muchas células vivas con el aspecto de una vesícula clara. El jugo nuclear pertenece a las partes del núcleo que no se tiñen. Contienen algunas enzimas. 4. El nucleolo. Es una microestructura que hemos descrito anteriormente. La función del núcleo, es dirigir los procesos de la célula. Es quien ordena a la célula el tipo de proteínas que debe producir. También tienen la información hereditaria que transmitirá a la célula hija. Por lo tanto, el núcleo es indispensable en toda célula, en donde desempeña funciones importantísimas relacionadas con los procesos de la reproducción y nutrición celular. -39- BIOLOGIA 1
  41. 41. h). Citoplasma. Es la parte fundamental viva de una célula, es homogénea, una sustancia mucosa, parecida a la clara de huevo, mucilaginosa, viscosa, transparente e incolora, semilíquida, inmiscible en el agua, de mayor densidad y refringencia que esta. Esta delimitada exteriormente por una membrana plasmática (plasmalema) e interiormente por una membrana vacuolar. Las células normales y sanas de ordinario se encuentran en un estado de turgencia (aparentemente demasiado llenas), en tal forma que el citoplasma esta comprimido estrechamente contra la pared celular. El citoplasma de una célula típica esta en movimiento continuo. Con más frecuencia parece que el citoplasma circula alrededor llenando en si a los organelos. En la parte interna del citoplasma a los organelos y a las microestructuras. La elaboración, almacenamiento y digestión de los alimentos se lleva a cabo en el citoplasma. Aunque ciertos alimentos pueden ser almacenados en la vacuola o en la pared celular. La respiración, es en gran parte función del citoplasma interviniendo especialmente las mitocondrias La formación de la sustancia viviente se lleva acabo en el citoplasma como en el núcleo, desempañando cada uno su propio papel. Muchas de las enzimas citoplásmicas se forman en asociaciones con los ribosomas fijados al retículo endoplasmico, mientras que otras se forman en asociación con ribosomas libres en el citoplasma. El acomodo final de muchas de las diversas clases de productos citoplásmicos (en especial de los carbohidratos que intervienen en la formación de la pared celular) aparentemente se efectúa n los cuerpos de golgi. La entrada y salida de agua y de sustancias disueltas de la célula esta controlada, en parte, por las membranas plasmáticas y vacuolar, y en parte, por el tipo y cantidad de las partículas disueltas y coloidales, tanto del jugo celular como del citoplasma. -40- BIOLOGIA 1
  42. 42. B). Las microestructuras. No tienen membrana propia. Se encuentran en contacto directo con el citoplasma. Las microestructuras son: centriolos, cilios y flagelos, ribosomas y nucleolo. a). Centriolo. Se encuentra en el citoplasma de las células animales, cerca del núcleo. Casi siempre hay dos centriolos en cada célula. En las células vegetales esta otra estructura diferente que cumple la misma función, y se llama casquete polar. Los centriolos tienen forma de un cilindro teñido de oscuro, y cada cilindro esta formado por muchos tubitos más pequeños que se llaman microtubulos. Orientados longitudinalmente. Los centriolos intervienen en el proceso de división celular, durante la mitosis y meiosis, formando el uso acromático sobre el cual se alinean los cromosomas. También sirven como centro de control para el movimiento de cilios y flagelos. b). Cilios y flagelos. Son microestructuras de la célula que sobresalen de la membrana celular. La igual que los centriolos están formados por microtúbulos. Los cilios son cortos y muy abundantes, parecidos a pestañas cortas; en cambio los flagelos son largos y menos numerosos en forma de látigos. Los cilios y flagelos son estructuras de locomoción, cumplen la función de transportar a las células de un lugar a otro. Por ejemplo el espermatozoide se mueve porque tienen un flagelo que lo impulsa. Muchos microorganismos unicelulares se mueven gracias a sus cilios como el paramecium. En otras células, los cilios sirven para empujar partículas. Por ejemplo, los cilios de las células del aparato respiratorio, empujan el moco para que puedan salir del cuerpo. En algunas otras, utilizan sus cilios para capturar partículas de alimentos. -41- BIOLOGIA 1
  43. 43. Cilios Flagelos Movimiento celular -42- BIOLOGIA 1
  44. 44. c). Los ribosomas. Son pequeños corpúsculos compuestos por ácidos ribonucleicos (ARN) y proteínas. Son partículas de dimensiones macromoleculares, opacos a los electrones (10 a 25 mm). Son elaborados en el núcleo de la célula y se encuentran en el retículo endoplásmico, dándole la apariencia rugosa. La función del ribosoma es la de formar o sintetizar proteínas, la información para formarlas, las recibe del núcleo mediante una molécula llamada ARN mensajero (ARNm). El ARN llena las instrucciones sobre el tipo de proteínas que debe formar la célula. d). Nucleolo. Es una microestructura que se encuentra dentro del núcleo. Esta formado por ARN, ADN y proteínas. A microscopio se ve de forma generalmente esférica u ovoide, oscura y refringente, dentro del núcleo de la célula. Aunque a veces pueden adoptar formas: poliédricas, en listón y alargadas. En las células animales y vegetales se observa constantemente un solo nucleolo; aunque en la mayor parte de los vegetales el número no es fijo y varía de 1 a 3 en cada núcleo. Químicamente están constituidos los nucleolos por una sustancia proteica llamada pirenina, y en ciertos casos se asocia a la cromatina. Se conoce poco su función. Los científicos creen que interviene en la elaboración de los ribosomas y de reserva de material cromosómico. -43- BIOLOGIA 1
  45. 45. 3.5. Teoría celular. Dos alemanes, Matthias Scheleiden, botánico, y Theodoro Schwwann, zoólogo, formularon en 1838 la generalización que desde entonces ha llegado a constituir la teoría celular. Los cuerpos de todas las plantas y animales están formados de células. Solo pueden aparecer nuevas células por división de las preexistentes, idea emitida por primera vez en 1855 por Virchow. Todas las células que viven actualmente remotan a los tiempos mas antiguos, fue señalado por August Weimann en 1880. La teoría celular incluye el concepto de que la célula es la unidad fundamental, tanto de función como de estructura, el fragmento representativo más diminuto que ostenta todas las características de las cosas vivas. Cada célula contiene un núcleo y esta rodeada de una membrana plasmática. los glóbulos rojos del mamífero pierde su núcleo durante la maduración. En tanto que los músculos estriados poseen varios núcleos. En las plantas y animales más simples, toda la materia viva se encuentra dentro de una sola membrana plasmática. Estos organismos pueden considerarse unicelulares, o sea de una sola célula o acelulares, en el sentido de que su cuerpo no esta dividido en células. Pero pueden presentar alta especialización de forma y función dentro de esta célula única, que además puede ser muy grande, mayor que todo el cuerpo de algunos organismos multicelulares. Puesto en ambiente adecuado, una simple célula crece y termina dividiéndose para formar dos células. Es fácil encontrar un medio que permita el crecimiento y multiplicación de plantas unicelulares; para muchas basta una gota de agua de charco. Es más difícil preparar un medio que permita el desarrollo y división de células precedente del cuerpo de un hombre, un pollo o una salamandra. El primero en lograrlos fue el zoólogo americano Ross Harrison, quien pudo cultivar células de salamandra en un medio artificial fuera del organismo humano. A partir de entonces se ha cultivado en un medio in Vitro muchas variedades de células vegetales y animales, lo que ha permitido numerosos descubrimientos en fisiología celular. 3.6. Mitosis y meiosis y sus repercusiones. La reproducción en las células esta dada en tres funciones: a). RELACION: Esta función permite la interacción con el medio ambiente, y se basa en movimientos internos (ciclosis) o externos (tropismos, taxismos). Ciclosis: Movimiento circulatorio que se produce en el citoplasma por cambios de estado y por acción del citoesqueleto ante estímulos externos. Tropismos: Son movimientos de orientación en el crecimiento de las células vegetales hacia o en contra de un estímulo externo (Ejemplo: fototropismo positivo en hojas y negativo en raíces). Taxismos: Son movimientos de traslación de células animales producido por cilias, flagelos o ameboidales como respuesta a estímulos. -44- BIOLOGIA 1
  46. 46. b) REPRODUCCIÓN: Es la propiedad de engendrar organismos similares o iguales asegurando la supervivencia de la especie. Puede ser por mitosis (La célula madre origina 2 células con igual número de cromosomas) o por meiosis (La célula madre origina 4 células con la mitad del número cromosómico). c) NUTRICIÓN: Es un conjunto de funciones para obtener materia y energía por intercambio con el ambiente. En heterótrofos, las funciones son: ingestión, digestión, asimilación, excreción, respiración y circulación. En autótrofos, son: fotosíntesis, respiración y circulación. Heterótrofos: Ingestión: La célula incorpora materia por endocitosis, y se forma una vacuola alimenticia. Digestión: Un lisosoma primario se acerca a la vacuola alimenticia, se fusionan sus membranas, y se forma un lisosoma secundario. Allí las enzimas digestivas desdoblan las moléculas complejas en simples. Circulación: Por la digestión, las proteínas se desdoblan en aminoácidos, los lípidos en ácidos grasos y los hidratos de carbono en monosacáridos. Las moléculas simples ya pueden ser asimiladas, y para ello deben circular por medio de la ciclosis. Excreción: Las sustancias no asimilables se acumulan en vacuolas o se fusionan con la membrana plasmática, y por exocitosis expulsan su contenido. Respiración: Se produce gracias a la materia y energía obtenidas de los alimentos digeridos. Es el proceso por el cual la glucosa es oxidada CO2 y H2O en presencia de O2, con liberación de energía. Comprende 3 etapas: Glucósis: Se realiza en el citoplasma donde hay enzimas que degradan parcialmente la glucosa, liberando energía (ATP). Ciclo de Krebs: Ocurre en la matriz mitocondrial por una acción enzimática. Se produce liberación de CO2 y energía. Cadena respiratoria: Se produce en las crestas mitocondriales donde hay enzimas que forman la cadena respiratoria. Finalmente, la glucosa es degradada totalmente. Autótrofos: Fotosíntesis: Los vegetales elaboran glucosa a partir de agua, sales CO2 y energía luminosa captada por la clorofila. Los cloroplastos están formados por tres membranas los tilacoides se apilan formando granas dentro de la matriz, y la clorofila está en la superficie interna de los tilacoides. La fotosíntesis se realiza en el parénquima clorofiliano de las plantas y consta de 2 etapas: lumínica (se realiza en los tilacoides en presencia de luz) y oscura (no necesita luz y ocurre en la matriz). Fase lumínica: La energía lumínica es captada por la clorofila y transformada en energía química. La energía química se almacena en compuestos como el ADP que al incorporar energía se transforma en ATP. La energía del ATP se utiliza para -45- BIOLOGIA 1
  47. 47. romper la molécula de agua y separarla en H2 y O2, proceso de hidrólisis. El O2 sale por los estomas y el H2 queda detenido en un compuesto que actúa como aceptor de H2. Fase oscura: Se utiliza la energía acumulada en el ATP, el cual cede un ácido fosfórico y origina ADP, liberando energía. Los aceptores ceden el H2 que se combina con el CO2 usando energía del ATP. Esa combinación origina glucosa. Este proceso se llama ciclo de Calvin. A partir de la glucosa se originan azúcares (almidón y sacarosa) o lípidos (que se acumulan en oleoplastos) o proteínas (en proteoplastos). El transporte de estas sustancias se realiza por el floema. Circulación: Responde a la teoría tenso-ccheso-transpiratoria. El agua entra en la raíz por ósmosis, atraviesa la epidermis (rizodermis), pasa al parénquima cortical, y luego entra en el xilema, que se encargará de distribuir el agua las sales a toda la planta. Para que el agua ascienda requiere de cohesión de sus moléculas que se unen formando columnas, las cuales permanecen unidas e todo su recorrido por los vasos del xilema. Cuando la planta transpira por los estomas, se genera un vacío temporario en los vasos xilemáticos que sufren una tensión que hacen ascender la columna de agua. El floema es otro tejido conductor compuesto por células vivas y paralelo al xilema, que transporta la glucosa desde la hoja hasta el resto del vegetal (camino adverso del xilema). 1. Mitosis Es la división celular que consiste en que a partir de una célula madre se obtienen 2 células hijas, genéticamente idénticas a ella. Se produce en cualquier célula eucarionte, ya sea diploide o haploide y como mantiene invariable el número de cromosomas, las células hijas resultarán diploides, si la madre era diploide o haploide. La división del citoplasma se llama citocinesis, y la división del núcleo, cariocinesis. Algunas células no realizan mitosis y permanecen en un estado interfásico, pero otras la realizan frecuentemente (células embrionarias, células de zonas de crecimiento, células de tejidos sujetos a desgaste.). Función: Crecimiento y desarrollo del organismo multicelular, y la regeneración de tejidos expuestos a destrucción de células. En unicelulares, cumple la función de reproducción asexual. Cada mitosis está precedida por una interfase, donde se produce la duplicación del material genético. Actúa como un mecanismo que asegura que cada célula hija reciba la misma información genética. Etapas: Profase, Prometafase, Metafase, Anafase y Telofase. a). PROFASE: La cromatina se condensa para formar los cromosomas y los 2 centríolos migran a polos opuestos organizando un sistema de microtóbulos (aparato mitótico) para permitir la migración de los cromosomas. El aparato mitótico está constituido por: Centríolos: Están rodeadas por el centrosoma. A medida que cada centríolo migra, tiene un hijo y cuando llega al polo se ven 2. -46- BIOLOGIA 1
  48. 48. Ásteres: Conjunto de microtóbulos cortos que se extienden desde cada centríolo. Huso acromático: Tiene forma de ovoide y formado por muchos microtóbulos sin ramificaciones. Cada cromosoma está constituido por 2 cromátidas unidas por el centrómero. La envoltura nuclear se desorganiza y sus fragmentos no se distinguen del retículo endoplasmático. Desaparece el nucleolo. b). PROMETAFASE: Los cromosomas condensados migran hacia la placa ecuatorial del huso acromático. c). METAFASE: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial, y cada uno están unido por su centrómero a una fibra del huso acromático. d). ANAFASE: Las 2 cromátidas de cada cromosoma se separan por fisión del centrómero y se dirigen hacia polos opuestos. El movimiento de los cromosomas hijos hacia los polos se debe a un acortamiento de las fibras cromosómicas y se alargan las fibras interzonales. e). TELOFASE: El huso mitótico y los ásteres se desorganizan. Alrededor de cada grupo cromosómico se organiza una envoltura nuclear a partir del retículo endoplasmático y de la envoltura original. Los cromosomas se dispersan y retoman el aspecto de cromatina que tenían antes de iniciarse la división. Los nucleolos reaparecen a partir de sus organizadores. Estos terminan la división nuclear, también llamada cariocinesis, a la que sigue la división del cuerpo de la célula se le conoce como Citocinesis: La división del citoplasma se produce junto con la telofase. Se produce un surco en la membrana plasmática, producido por un anillo de mocrofilamentos unidos a ella. Las 2 células hijas se separan, distribuyéndose el haloplasma y los organelos de un modo equitativo. Cuando no ocurre citocinesis luego de la cariocinesis, los dos núcleos quedan en el mismo citoplasma y resulta una célula binucleada. División en células vegetales: No hay centríolos ni ásteres pero se organiza el huso acromático. Citocinesis: el citoplasma se divide mediante un tabique, que se forma por la agrupación de microtóbulos y vesículas. Las vesículas crecen, se ordenan y se funden entre sí originando la placa celular. Finalmente se arman las paredes celulares a partir de celulosa, hemicelulosa y pectina. -47- BIOLOGIA 1

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