INTRODUCCIÓN A LA VIDA UNIVERSITARIA Y CURSO DE NIVELACIÓN

SECRETARIA ACADÉMICA Y DEPARTAMENTO DE CIENCIAS MARINAS

ESCIMAR

INTRODUCCIÓN A LA

VIDA UNIVERSITARIA

Y

CURSO DE NIVELACIÓN

ESCUELA SUPERIOR DE CIENCIAS MARINA, NUESTRA ESCUELA

En la Sede San Antonio Oeste de la Universidad Nacional del Comahue, se dicta desde 1998 la carrera, Tecnicatura en Producción Pesquera y Maricultura y desde 2009 Licenciatura en Biología Marina siendo la única carrera con este título en nuestro país.

La Tecnicatura está orientada para que como profesional capacitado te desempeñes en el área de la extracción y producción marina regional, encontrándote preparado en todos los aspectos relacionados con la gestión y administración empresarial.

La sólida formación como Licenciado en Biología Marina, te permitirá desenvolverte en el camino de la investigación científica y en la práctica profesional relacionada con el manejo de los recursos pesqueros y de los ecosistemas marinos de nuestro país y en el exterior. Como estudiante de Biología Marina te formaras de manera integral, relacionándote con los grupos de investigación de la Escuela Superior de Ciencias Marinas (ESCiMar), Centro de Investigación Aplicada y Transferencia Tecnológica en Recursos Marinos Almirante Storni (CIMAS) y CONICET.

INGRESO A LA VIDA UNIVERSITARIA

A continuación, detallamos algunas cuestiones que te ayudarán a incorporarte a la vida universitaria.

¿Qué es un Plan de Estudio?

Un Plan de Estudios de una carrera es un documento en el que se presentan organizadas, las materias con sus contenidos mínimos, carga horaria, modalidad de cursada (cuatrimestral o anual), correlatividades. Esta organización garantiza la formación académica y/o profesional necesaria para alcanzar el título universitario. Cada plan de estudio cuenta con un número de ordenanza y año de aprobación.

¿Qué significa que una asignatura sea correlativa de otra?

Las materias están ordenadas en el Plan de Estudios siguiendo un régimen de correlatividades. Hay asignaturas cuyos contenidos son necesarios para poder cursar las siguientes, a estas se las llaman correlativas. Es importante conocer este régimen, porque determinará qué materias que vas a estar en condiciones de cursar en cada cuatrimestre y/o cada año.

Correlatividades (ejemplo de funcionamiento) ASIGNATURA REGIMEN DE

CURSADA

PARA CURSAR PARA APROBAR

TENER CURSADA TENER APROBADA A 1° cuatrimestre --- --- B 1° cuatrimestre --- --- C 2° cuatrimestre A

_---

Teniendo en cuenta la figura anterior, podemos ver que para cursar la materia D durante el segundo cuatrimestre (es decir, después de las vacaciones de invierno y hasta fin de año) tenés que haber

cursado y aprobado la materia A. De otro modo, no podrás cursarla. En el caso de no haber aprobado B durante el 1° cuatrimestre (desde marzo hasta las vacaciones de invierno), no podrías cursar D, pero sí la C.

¿Qué es el programa de una asignatura?

Es un plan de trabajo, que representa la propuesta del docente para el cursado. Implica una visión global de todo lo que se pretende realizar en el desarrollo del dictado de la asignatura. Es indispensable que como estudiante dispongas del programa de cada materia que vas a cursar porque así podrás orientar tu proceso de aprendizaje. El programa define el régimen de cursada, las formas y procedimientos de evaluación, la acreditación de los aprendizajes, la fundamentación de la asignatura y sus contenidos según el plan de estudios. También se incluye la bibliografía, que es el conjunto de libros, fichas, artículos, etc. indicados como material de estudio.

El docente al inicio del cursado deberá presentarte el programa, dejándolo en fotocopiadora o a través de PEDCo.

¿Cómo se aprueba la cursada de una asignatura?

Se considera aprobada la cursada si se han cumplido las condiciones establecidas en el programa. En general, las mismas consisten en un porcentaje obligatorio de asistencia, aprobación de exámenes parciales, entrega de trabajos, aprobación de trabajos prácticos, etc. La aprobación/acreditación de la asignatura como alumno regular requiere de la aprobación previa del cursado de la misma.

¿Cómo se aprueba/ acredita una asignatura?

Hay tres modalidades de aprobación de las asignaturas:

a) Sin examen final (por promoción).

El docente aclarará en el programa si utilizará o no esta modalidad y, en el caso de hacerlo, las condiciones para acceder a ella. El alumno debe contar con la aprobación de las asignaturas correlativas.

b) Con examen final

Para acceder a esta modalidad de acreditación el alumno debe aprobar el cursado de la asignatura correspondiente. El cursado tiene una validez de tres años y el estudiante puede presentarse a rendir en los turnos determinados en el calendario académico. Si desaprobás, podes intentarlo nuevamente en otra mesa de examen. Para aprobar el examen final debés llegar a una nota mayor o igual a 4 (cuatro).

c) Con examen libre

Los alumnos podrán acceder a un examen libre sin haber aprobado el cursado de la asignatura. Se realizará un examen escrito que corresponde a los aspectos prácticos y luego un examen oral que se refiere a la enseñanza teórica. El estudiante puede acceder a la instancia oral una vez aprobado el examen escrito.

¿Qué escala de calificación se usa?

Para la calificación de la modalidad con examen final regular o libre se usará la escala numérica – conceptual (ordenanza N° 640/96):

• Sobresaliente: 10 (diez)

• Distinguido: 9 (nueve) – 8 (ocho) • Bueno: 7 (siete), 6 (seis), 5 (cinco) • Suficiente: 4 (cuatro)

• Insuficiente: 3 (tres), 2 (dos), 1 (uno) • Reprobado: 0 (cero)

¿Qué información útil aparece en el Calendario Académico?

En el calendario académico encontrarás las fechas correspondientes a: - Inscripción de estudiantes e ingresantes.

- Inicio del módulo de ingreso.

- Inicio cursadas primer y segundo cuatrimestre. - Finalización de cada cuatrimestre.

- Período de reinscripciones, pases, cambios de carrera y cursados paralelos.

- Periodo de inscripciones para cursar las asignaturas anuales, del 1er y 2do cuatrimestre. - Turnos de examen

- Días que no se realizarán actividades académicas y administrativas.

¿Qué son SIU GUARANÍ y PEDCo?

La UNCo cuenta, como todas las universidades nacionales, con dos plataformas virtuales con fines diferentes:

SIU GUARANÍ

Este sistema de gestión académica registra y administra todas las actividades académicas de la universidad, desde el momento que los alumnos ingresan a estudiar hasta que se reciben. Este sistema brinda servicios para alumnos, docentes, etc., ya que pueden explorar los datos y obtener información para la toma de decisiones. En este sistema se deben realizar por internet todos los trámites que habitualmente deben hacer los estudiantes en la vida académica: anotarse para poder cursar las asignaturas, anotarse a las mesas de examen para poder rendir finales, conocer fecha/día/hora de dichas mesas de finales. Es muy importante generar y guardar el comprobante con el número de transacción, ya que ante algún problema se puede realizar un reclamo presentándolo en el Departamento de Alumnos. También permite ver la propia historia académica (analítico), revisar si están cargadas las notas y evaluar las correlatividades que hay entre asignaturas.

Plataforma de Educación a Distancia Comahue - PEDCo.

Es una Plataforma Educativa virtual que surge con el fin de promover prácticas educativas mediadas por tecnología para acompañar los procesos de enseñanza y aprendizaje en toda la oferta académica de la universidad. Cada facultad o centro regional le asigna a cada asignatura un espacio de aula virtual, donde pueden establecer una relación con los alumnos, respondiendo sus consultas, y acercándoles, por ejemplo, materiales bibliográficos en diversos formatos. Es un entorno virtual que cuenta con muchas herramientas para la generación de actividades (recursos, archivos, carpetas, etc.) y para la comunicación (chats, consultas, cuestionarios, encuestas, foros), que les permiten a los docentes la gestión del proceso de enseñanza y de aprendizaje.

Esta plataforma es SOLAMENTE, una forma de interactuar con los docentes.

Para acceder a PEDCo, ingresar a: http://pedco.uncoma.edu.ar/

También podés descargarte la App de la PEDCO:

https://play.google.com/store/apps/details?id=ar.edu.uncoma.pedco&hl=es

Curso Nivelatorio

Para el cumplimiento de sus objetivos, el Curso Nivelatorio tendrá una estructura académica, cuyos contenidos temáticos serán abordados en Módulos que se desarrollarán en el mes de febrero para todos los alumnos aspirantes. Comprenderán Módulos teóricos-prácticos de Biología, Matemática y Química. Asimismo, se incluyen actividades extraprogramáticas desarrolladas por el Centro de Estudiantes y la Secretaría de Académica (talleres, charlas).

De los contenidos del curso:

a) Módulo de Matemática: Funciones, Sistemas de dos Ecuaciones con dos Incógnitas, Potenciación, Radicación.

b) Módulo de Química: sistemas materiales, tabla periódica, número de oxidación, formulación y nomenclatura de compuestos inorgánicos, compuestos binarios, ternarios y cuaternarios.

c) Módulo de Biología: niveles de organización, moléculas orgánicas, células procariotas y eucariotas (animal y vegetal).

Acreditación del curso

Es requisito de acreditación cumplir con el 80% de asistencia a los Módulos (se permite un ausente por Módulo y por semana que no comprometa a los días de evaluación). Los ausentes no pueden acumularse en una semana completa. Las evaluaciones son obligatorias, pero no eliminatorias. Se desarrollarán diferentes modalidades de evaluación, dependiendo del módulo, donde se contemplará un único recuperatorio para cada uno de los módulos. Las condiciones que debe cumplir el ingresante para poder cursar las asignaturas del primer año de la carrera son: concurrir al 80% de las actividades de cada módulo y presentarse a las evaluaciones de cada módulo.

Objetivo general

Propiciar las condiciones para construir conocimientos sobre ciencia, y biología.

Favorecer la inserción del alumno en la vida universitaria y su adaptación a esta nueva etapa.

Objetivos específicos

- Adquirir conceptos, teorías y habilidades para generar modelos donde se logren aplicar. - Proponer actividades prácticas, desarrollando otras competencias.

- Fomentar el trabajo colaborativo, de intercambio y vinculación mutua.

PROGRAMA

UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA

a) Las formas de Vida. Seres vivos como sistemas abiertos. Características de los seres vivos.

Teoría Celular.

b) Origen de la vida: Moléculas capaces de auto-replicarse. La hipótesis endosimbiótica para la

formación de las organelas. Modelo pre - biológico modelo en qué consistía la atmosfera.

c) Niveles de Organización (generalidades): Átomos, moléculas, macromoléculas, organelas,

célula, tejidos, órganos, sistemas de órganos, organismos, especies, poblaciones, comunidades y ecosistemas.

UNIDAD 2: QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

a) Átomos y estructura atómica. Iones. Formación de Moléculas: Enlaces iónicos y covalentes. Reacciones químicas. Tipos de reacciones químicas. Intercambio y reacciones de óxido-reducción.

b) Moléculas inorgánicas. El agua: Estructura y propiedades. El agua como solvente. Ionización del agua: Ácidos y bases. Escala de pH. Amortiguadores (buffers) en los seres vivos.

c) Quimica orgánica: origen de su denominación, naturaleza de los compuestos orgánicos. Nomenclatura

d) Biomoleculas: Carbohidratos, Lípidos Aminoácidos y Proteínas. Estructura y

Unidad 3: UNIDAD DE VIDA: LAS CÉLULAS

a) La célula: características generales de las células procariotas y eucariotas. La membrana

celular y el núcleo, estructura y función en procariotas y eucariotas. En célula eucariota (animal y vegetal): citoplasma, estructura y función de las organelas.

b) Transporte celular de sustancias. (gradiente de concentración, gradiente de potencial químico,

electroquímico gradiente eléctrico).

REGIMEN DE APROBACIÓN

La aprobación del Módulo se efectuará cumpliendo con el 80% de asistencia a las actividades previstas y una evaluacion obligatoria con calificación y sin recuperación, que tendrá el objeto de evaluar el nivel de conocimientos y/o habilidades adquiridas durante el desarrollo.

UNIDAD 1: INTRODUCCION A LA BIOLOGIA

La Biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Su nombre procede del griego Bios, que significa vida, y Logos, que significa estudio o tratado. La posición que ocupa esta ciencia entre las llamadas "ciencias de la naturaleza" es en cierto modo paradójica, ya que se trata de una posición al mismo tiempo marginal y central.

Marginal porque la materia viva, de la cual se ocupa, es sólo una porción

Infinitamente pequeña de toda la materia que existe en el universo. Pero también central porque dentro de esa pequeña porción nos encontramos nosotros, los seres humanos. Desde los albores de la civilización el hombre se plantea, y aspira a encontrar respuesta, a preguntas de tipo filosófico acerca de nuestro papel en el Universo. Así, al sabernos parte de la materia viva, esperamos que su estudio nos pueda ayudar a resolver estos interrogantes.

UNIDAD 1

CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

Los seres vivos están integrados por moléculas inanimadas. La ciencia

moderna ha descartado o, mejor dicho, no considera dentro de su ámbito, la vieja doctrina vitalista, que sostenía que los seres vivos estaban dotados de una misteriosa "fuerza vital" de naturaleza no material (y por lo tanto espiritual) que les confería el atributo de la vida.

Cuando se examinan aisladamente las moléculas que forman parte de la

materia viva, estas moléculas se ajustan a todas las leyes físicas y químicas que rigen el comportamiento de la materia inerte. Sin embargo, los organismos vivos poseen además, pese a su diversidad, atributos extraordinarios que no exhiben las simples acumulaciones de materia inanimada como las rocas o los océanos y que resultan de la mutua interacción entre sus moléculas constituyentes.

Estos incluyen:

1. Un tipo preciso de organización, ya que cada organismo particular no es homogéneo, sino que está constituido por distintas partes, cada una con funciones especializadas.

2. Una variedad de funciones químicas a lo que se engloba con el término de metabolismo. 3. Todos los organismos presentan algún tipo de movimiento, en los animales son evidentes,

mientras que en las plantas y en el interior de las células son menos obvios. 4. Son capaces de originar descendencia mediante la reproducción.

5. La mayoría de los organismos comienzan su existencia como una sola célula, a partir de la que se originan todas las células del adulto, gracias a una reproducción celular y a su diferenciación por procesos de desarrollo y crecimiento.

6. Capacidad de responder cuando perciben estímulos, lo que se denomina excitabilidad. 7. Capacidad de conservar su medio interno adecuado incluso si el ambiente externo se modifica,

8. Cada organismo posee características estructurales, fisiológicas o de comportamiento que mejoran su supervivencia y éxito reproductivo en un ambiente particular, a esto se lo conoce como adaptación.

1.

Los organismos se componen de células. Todos los seres vivos están constituidos por estas unidades básicas. Algunas de las formas de vida más sencillas, como las bacterias, son unicelulares, o sea, constan de una sola célula. En contraste, el cuerpo de una oveja o el del ser humano se componen de miles de millones de células que suelen organizarse en tejidos, órganos y aparatos o sistemas. En la materia viva existen varios grados de complejidad, denominados niveles de organización (Tabla 1). Dentro de los mismos se pueden diferenciar niveles abióticos y niveles bióticos.

Los niveles de organización abióticos son aquellos que también existen en la materia inanimada. Se distinguen tres:

1. Nivel subatómico: Integrado por las partículas subatómicas que forman los elementos químicos (protones, neutrones, electrones).

2. Nivel atómico: Son los átomos que forman los seres vivos y se denominan, bioelementos, (a ver

en la unidad 2).

3. Nivel molecular: En él se incluyen las moléculas, formadas por la agrupación de bioelementos. A

las moléculas se las denomina, como también vimos, Biomoléculas y las podíamos agrupar en dos categorías, inorgánicas: AGUA, SALES MINERALES, IONES, GASES y orgánicas: GLÚCIDOS,

LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y ÁCIDOS NUCLEICOS.

En el siguiente nivel de organización surge la propiedad más notable de todas: LA VIDA y a partir de aquí, nos encontramos con los niveles de organización bióticos.

Niveles de organización bióticos:

1. Nivel celular: En este nivel se encuentra la célula, que constituye el primer nivel con vida. Dos tipos de organizaciones celulares se han descripto, las células eucariotas y las células procariotas. Ejemplos de seres vivos en este nivel de organización son los organismos unicelulares (Ej. Protozoos), que viven con perfecta autonomía en el medio. Otros organismos unicelulares son las levaduras, a las que se las puede encontrar formando colonias (agrupaciones de células). A pesar de estar formadas por miles de células, no se puede considerar a las colonias como seres pluricelulares, porque cada célula que la compone vive como un ser independiente.

2. Nivel pluricelular: constituido por aquellos seres formados por más de una célula que surgen de la diferenciación y especialización celular.

La multicelularidad promueve la agrupación de células en estructuras determinadas que realizan funciones especializadas, vitales para el organismo, dando lugar a la formación de tejidos.

A medida que las células se van diferenciando (histogénesis), determinados grupos de células dan lugar a unidades más especializadas para formar órganos que se componen, en general, de varios tejidos formados por células con la misma función.

La mayoría de los individuos multicelulares están formados por sistemas de órganos. Los sistemas de órganos trabajan en forma integrada y desempeñan una función particular.

Los sistemas de órganos, en conjunto, forman el organismo completo, que interactúa con el ambiente externo.

Tabla 1: Niveles de organización en la materia viva.

ÁTOMOS Y PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

Los átomos son las partículas más pequeñas de un elemento, una sustancia que no puede ser desintegrada en otra sustancia por medios químicos ordinarios.

Los átomos están constituidos por partículas subatómicas. Por ejemplo el átomo de carbono.

MOLÉCULAS

Las moléculas son los componentes fundamentales de las células. Existen moléculas orgánicas e inorgánicas. Están formadas por agrupaciones de átomos.

En los seres vivos se encuentran una gran variedad de moléculas de estructura y función diversas. Por ejemplo, una molécula que compone a todas las proteínas es el aminoácido.

MACROMOLÉCULAS Las estructuras complejas

macromoleculares están formadas por distintas macromoléculas. Las macromoléculas cumplen funciones esenciales en la célula. Algunas son componentes estructurales, otras cumplen funciones reguladoras y

otras actúan como directoras de toda la actividad celular.

Un tipo de macromolécula que se encuentra en todas las células es el ADN.

COMPLEJOS

MACROMOLECULARES

Las macromoléculas constituyen estructuras complejas tales como las membranas y las organelas. Las células contienen numerosos complejos macromoleculares. Un complejo de macromoléculas que se encuentra en todas las células es la membrana plasmática.

CÉLULAS

La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. Muchos organismos son unicelulares. Las propiedades características de los sistemas vivos no emergen en forma gradual a medida que aumenta el grado de organización. Aparecen súbita y específicamente en forma de una célula viva, algo que es más que sus átomos y moléculas

constituyentes y que es diferente de ellos. Existen muchas evidencias en favor de la hipótesis que postula que las células vivas

espontáneamente se

autoensamblaron a partir de moléculas más simples.

TEJIDOS

Los tejidos se encuentran unidos estructuralmente y funcionan de manera coordinada.

Un tejido que forma parte del corazón es el tejido muscular, que bombea a otro tipo especial de tejido, llamado sangre.

ÓRGANOS

Los órganos tienen una estructura tal que les permite realizar diversas funciones en forma integrada. Estasfunciones contribuyen al funcionamientodel sistema y del organismo completo.

Ejemplos: riñón, vejiga.

SISTEMA DE ÓRGANOS

Los individuos multicelulares están formados por sistemas de órganos. Los sistemas de órganos trabajan en forma integrada y desempeñan una función particular. Los sistemas de órganos, en conjunto, forman el organismo completo, que interactúa con el ambiente externo.

ORGANISMO

Los sistemas de órganos, en conjunto, forman el organismo completo, que interactúa con el ambiente externo.

Imágenes de la figura extraídas de:

http://3.bp.blogspot.com/.../s320/aminoacido.png http:// recursos.cnice.mec.es/.../recursos_galeria2.htm

Los niveles de organización se extienden más allá del organismo individual, los organismos interactúan y así forman parte de un sistema más amplio de organización. La Ecología es la ciencia que se ocupa de estudiar las interrelaciones entre organismos entre sí y con su medio ambiente.

3. Nivel de Población: Abarca a las poblaciones, que son el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado.

4. Nivel de Comunidad: Las comunidades están constituidas por los componentes bióticos de un ecosistema, es decir están constituidas por diferentes poblaciones que interactúan entre sí y que habitan en un ambiente común en un tiempo y espacio determinados.

5. Nivel de Ecosistema: Los ecosistemas están formados por componentes bióticos y abióticos que interactúan entre sí. A través de esos componentes fluye la energía proveniente del sol y circulan los materiales. Esto se puede apreciar claramente analizando los ciclos de la materia como son el ciclo del agua y del carbono que circulan entre la atmósfera, el suelo y los seres vivos.

6. Nivel de Bioma: La superficie de la Tierra se puede dividir en diferentes biomas. Los biomas son áreas geográficas extensas que están determinadas por las formas de vida vegetal dominante, determinadas por las condiciones climáticas.

7. Nivel de Biosfera: Todos los organismos que habitan la Tierra constituyen la biosfera. La biosfera es la parte de la Tierra en la que existe vida; es sólo una delgada película de la superficie de nuestro planeta que abarca desde unos 10 Km de altitud en la atmósfera hasta el más profundo de los fondos oceánicos. En esta zona la vida depende de la energía del Sol y de la circulación del calor y los nutrientes esenciales.

Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores. Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes. Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos, hidrógeno y oxígeno. De la misma manera, una célula cualquiera tiene propiedades diferentes de las de sus moléculas constitutivas, y un organismo multicelular dado tiene propiedades nuevas

y diferentes a las de sus células. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la VIDA.

El análisis de las jerarquías en la organización de la materia viva nos permite reconocer una serie de características:

Cada nivel de organización incluye menos unidades que el nivel inferior. Es decir: existen menos macromoléculas que átomos.

Cada nivel posee una estructura más compleja que los niveles inferiores.

Un nivel determinado es la combinación de las complejidades de los niveles inferiores, además de una complejidad que le es propia.

Cada nivel requiere de un aporte de energía mucho mayor que el nivel inferior.

2.METABOLISMO

La Organización específica que poseen los seres vivos, es mantenida por el continuo aporte de materia y energía que éstos adquieren del medio externo.

Los procesos de obtención y transformación de materia y energía se realizan mediante numerosas reacciones químicas distintas, que en su conjunto reciben el nombre de METABOLISMO. Este puede definirse como la suma de reacciones químicas intracelulares, mediante las cuales los organismos obtienen materia y energía, las transforman y las utilizan para llevar a cabo todos los procesos vitales. Las reacciones metabólicas ocurren continuamente en los seres vivos y en el momento que se suspenden se considera que el organismo ha muerto.

FUNCIONES DEL METABOLISMO

a- Obtención de Energía: en forma de energía luminosa o energía química.

b- Obtención de Materia: en forma de moléculas que los organismos toman del entorno o de sus reservas, las degradan hasta obtener moléculas más simples y utilizan éstas para fabricar sus propias biomoléculas. Para su mejor estudio se divide a las reacciones metabólicas en dos grandes grupos, según consuman o liberen energía:

1- Catabólicas: Son reacciones de degradación de macromoléculas para obtener moléculas muy simples, las reacciones catabólicas implican la ruptura de enlaces químicos con liberación de energía. Son reacciones Exergónicas (liberan energía).

Por ej. Respiración celular.

2- Anabólicas: Son reacciones de síntesis de macromoléculas a partir de

compuestos muy simples. Estas reacciones implican la creación de nuevos enlaces químicos, lo que requiere el aporte de energía. Son reacciones Endergónicas (consumen energía). Por ej. Fotosíntesis, Síntesis de proteínas.

En las células vivas deben realizarse innumerables reacciones metabólicas distintas, en forma simultánea y a una velocidad tal, que asegure el necesario aporte de energía para el mantenimiento de las funciones vitales. Para poder cumplir con estas dos condiciones, las células disponen de dos recursos:

a- Dividir su interior en compartimentos, en cada uno de los cuales se lleva a cabo un conjunto de reacciones específicas (organelas).

b- Utilizar catalizadores. Los catalizadores usados por las células vivas son fabricados por ellas mismas y se denominan Enzimas.

Los seres vivos utilizan preferentemente energía química, ya que es la forma de energía capaz de producir trabajo en el medio acuoso de la célula. La energía química de un átomo o molécula se encuentra asociada a los electrones que estos poseen. En los sistemas biológicos, los átomos y moléculas reaccionan dando productos más o menos complejos. Estas reacciones químicas implican cambios de energía.

Reacciones endergónicas: la energía de los productos es mayor que la de los reactivos. Para que se

lleven a cabo debe suministrársele energía. Son reacciones consumidoras de energía. Por ejemplo la síntesis de proteínas.

Reacciones exergónicas: la energía de los productos es menor que la de los reactivos. La diferencia

de energía se libera y por lo tanto son espontáneas. Son reacciones productoras de energía. Por ejemplo degradación de glucosa

.

Imagen

de

acoplamiento

Figura 2: Acoplamiento de reacciones endergónicas y exergónicas en las celulas. Extraída de Biología. La vida en la tierra. Audersirk y col. 8 Edición. 2008.

Muchas de las reacciones que se llevan a cabo en las células vivas son

reacciones endergónicas y obtienen la energía que requieren “acoplándose” a una reacción exergónica. Habitualmente, el acoplamiento se realiza indirectamente, a través de intermediarios que pueden almacenar energía en forma transitoria. Uno de los intermediarios energéticos más utilizados por las células es el adenosintrifosfato (ATP) (Figura 3).

El adenosintrifosfato (ATP) es un nucleósidotrifosfato. La unión del segundo y tercer grupo fosfato es una unión de alta energía y se representa con una línea ondulada. Cuando esta unión se rompe, se libera la energía acumulada que puede utilizarse para la realización de los trabajos celulares. En resumen, la célula realiza reacciones exergónicas, que le permiten obtener energía para los procesos que la requieren, la energía es transportada hacia donde se necesita por intermediarios; principalmente ATP, que pueden cederla rápidamente. El ATP sirve de vínculo celular común entre las reacciones exergónicas y endergónicas, y entre reacciones catabólicas y reacciones anabólicas

.

Imagen de molecula de ATP

Figura 3: Molécula de ATP. Extraída de Biología. La vida en la tierra. Audersirk y col. 8 Edición. 2008.

necesita el aporte continuo de materia y energía. Por ello un organismo viviente sólo podrá permanecer vivo si continuamente utiliza materia y energía proveniente del ambiente.

3.MOVIMIENTO

El movimiento es una característica de los seres vivos, que requiere el gasto de energía metabólica. La materia viva está en constante movimiento; desde las corrientes citoplasmáticas o ciclosis que determinan el desplazamiento del contenido celular y la migración de organoides y la expulsión o ingreso de vesículas en el intercambio con el medio, hasta el desplazamiento de los grandes vertebrados, todos los organismos presentan algún tipo de movimiento.

En el organismo humano, el movimiento muscular es una consecuencia de la información recibida y procesada por receptores sensoriales y el encéfalo, siendo ejecutada por el músculo esquelético que requiere de ATP y de la presencia de Ca++.

El músculo del esqueleto consiste en haces de fibras musculares, a menudo compuesto de centenares de miles de fibras unidas por tejido conjuntivo. Cada fibra está constituida por unidades estructurales más pequeñas, las miofibrillas, las cuales están formadas por proteínas contráctiles denominadas miosina y actina

Figura 4: Constituyentes de fibras musculares. (Extraída de Curtis Biología. 7 Edición. 2012).

Muchas células poseen estructuras móviles a manera de látigos, que se proyectan de sus superficies y realizan movimientos oscilatorios. Algunas células poseen uno o pocos de estos apéndices; cuando son relativamente largos en proporción al cuerpo celular, se llaman flagelos y si tienen muchos, pero cortos, se los denominan cilios (Figura 5). Ambos tipos de prolongaciones sirven para que la célula se mueva en un ambiente líquido o para el desplazamiento de líquidos y partículas a lo largo de la superficie celular. En el organismo humano, los flagelos sirven como cola de los espermatozoides, en tanto que los cilios son comunes en las superficies de células que revisten conductos internos del cuerpo (como las vías respiratorias).

Figura 5: A. Cilias en el tejido epitelial respiratorio. B. Flagelos en la cola de los espermatozoides. (Modificado de www. wensapiens.)

4REPRODUCCIÓN

Es la característica de los seres vivos mediante la cual éstos dan origen a otros seres semejantes con la finalidad de perpetuar y mejorar la especie. La conservación de todas las especies requiere que los individuos se multipliquen, es decir, que den origen a nuevos seres para sustituir a los que mueren por causa de vejez, enfermedades o por acción de otros seres vivos o de fenómenos naturales.

Por otra parte, de acuerdo con los principios evolutivos, la reproducción es el medio de mejoramiento que poseen las especies. La nutrición, la respiración, la circulación y el metabolismo son funciones de los seres vivos encaminadas a la supervivencia del individuo, mas no a su perpetuidad, ya que por una u otra razón, a través del tiempo, el individuo muere. Por la reproducción se asegura la conservación de la especie, no permitiendo que la vida en sus diversas manifestaciones desaparezca.

FORMAS DE REPRODUCCIÓN

Reproducción asexual: Un sólo progenitor da origen a dos o más descendientes genéticamente

idénticos a él (excepto por las posibles mutaciones que puedan ocurrir). Todos los organismos que deriven de un mismo progenitor van a poseer el mismo genoma y van a ser clones de ese individuo. Este tipo de reproducción se observa en bacterias y protozoos (algunos parásitos que atacan humanos). Las ventajas que posee este tipo de reproducción son: la rapidez, el requerimiento de un sólo individuo y el menor costo energético comparada con la reproducción sexual.

En las bacterias, el proceso por el cual una célula se divide en otras dos semejantes se denomina fisión binaria. En este proceso, primero se duplica el ADN bacteriano circular y después se forma una pared transversa por crecimiento interno de la membrana plasmática y la pared celular (Figura 6). La fisión

binaria ocurre con notable rapidez.

Reproducción sexual: Intervienen dos células especializadas, denominadas células sexuales o

gametos, e implica dos hechos: meiosis y fecundación.

La meiosis, tal como veremos en la unidad 3, es un tipo especial de división celular por el cual las células germinales reducen la cantidad de material genético a la mitad de forma tal que, después de la fecundación, el cigoto posee la misma cantidad de material genético que los progenitores.

La fecundación es el medio por el cual los gametos se fusionan en una sola célula (Figura 7), la cual recibe el nombre de célula huevo o cigoto.

La desventaja principal que posee la reproducción sexual con respecto a la asexual, es el alto costo energético que se requiere para llevar a cabo la meiosis. En los animales, las células sexuales son los espermatozoides en los machos y los óvulos en las hembras. El óvulo generalmente es grande e inmóvil, con una reserva de nutrientes que permite el desarrollo del embrión. El espermatozoide es pequeño y móvil. Estas células son producidas en las gónadas o glándulas sexuales masculinas y femeninas.

Figura 7: Fecundación en las trompas de Falopio. (Extraída de

http://morfologiaunefa.blogspot.com).

5.DESARROLLO

El desarrollo es un proceso biológico complejo que incluye todos los cambios que ocurren durante la vida de un organismo. A diferencia de los organismos unicelulares que aumentan de tamaño y replican sus partes componentes antes de dividirse en dos o más células. El desarrollo de los organismos pluricelulares que se reproducen sexualmente comienza a partir de una sola célula huevo que se divide y genera varios millones de células, que forman estructuras tan complejas y variadas como los ojos, las extremidades, el corazón y el cerebro. Este logro asombroso da origen a preguntas tales como: ¿Cómo hacen las células provenientes de la división de un óvulo fecundado para organizarse y formar órganos tan diferentes como el cerebro y el corazón? ¿Qué controla el comportamiento de las células de modo tal que puedan surgir diferentes patrones de organización?

Las respuestas a estos interrogantes pueden ser contestadas si se tiene en cuenta que durante el desarrollo embrionario existen grupos de genes en el ADN que controlan cada una de las etapas del desarrollo de cada individuo.

Luego de la fecundación del óvulo por el espermatozoide y la fusión de los núcleos masculino y femenino, comienza lo que se denomina el desarrollo embrionario (o embriogénesis) (Figura 8) al cual se lo divide en las siguientes etapas:

- Segmentación: Se caracteriza por divisiones mitóticas en las que las células no crecen entre cada división, de manera que con las divisiones sucesivas las células llegan a ser más pequeñas. Como consecuencia de la segmentación de la célula inicial o cigoto aparece el estadio de mórula (del latín morum, mora, ya que tiene ese aspecto. Después de unos 12 ciclos de división, el embrión denominado en este estadio como blástula, consiste en muchas células pequeñas que rodean una cavidad llena de líquido (el blastocele).

- Gastrulación: En esta etapa se producen una serie de migraciones celulares que establecen la formación de las tres grandes capas embrionarias: el ectodermo, el endodermo y el mesodermo.

Figura 8: Desarrollo embrionario humano temprano. (Modificado de Wolpert y col.

Embriología del desarrollo 2000).

Las distintas capas embrionarias darán lugar a todos los tejidos y estructuras que conocemos en los animales superiores (Figura 9).

El ectodermo: de él derivarán los epitelios con sus órganos anexos (pelos, glándulas), el tejido nervioso y los órganos de los sentidos. El mesodermo: desarrollará el tejido muscular, el corazón y los tejidos conjuntivos y esqueléticos.

Figura 9. Capas embrionarias y sus derivativos. (Extraído de desarrollo embrionario. blogspot.com).

Diferenciación: Con la fase de gastrulación culmina el desarrollo embrionario temprano. El embrión tardío (Figura 10) se debe convertir en un animal completamente desarrollado antes de su nacimiento. En esta etapa tardía del desarrollo cada uno de los tres tejidos embrionarios experimenta crecimiento y diferenciación. Se forman tejidos individuales que conforman los diferentes órganos y un sistema circulatorio eficiente mediante un proceso denominado organogénesis.

- Morfogénesis: Durante la morfogénesis (construcción de la forma) tiene lugar el movimiento de células y tejidos que permite establecer la forma particular del embrión en desarrollo. La masa de células del embrión primitivo se convierte en la forma tridimensional propia del embrión o larva de la especie.

Figura 10: Etapas del desarrollo tardío. (Extraído de Wolpert y col. Embriología del desarrollo 2000).

Los mecanismos por los cuales el embrión temprano puede originar un pez, un conejo o un ser humano, dependerá de los factores genéticos de cada embrión en cuestión, implica que los sucesos del desarrollo embrionario están programados de forma distinta para cada especie. Comprender cómo se llevan a cabo estos distintos programas es uno de los retos más importantes de la biología del desarrollo.

El crecimiento es el resultado de un incremento en las dimensiones de las células individuales y en el número de células. Desde el punto de vista biológico, el término crecimiento se aplica a todos los procesos que aumentan la cantidad de materia viva de un organismo. Como ya vimos, el proceso de desarrollo embrionario transcurre con un aumento en el número de células pero el período de crecimiento más significativo, que depende de la incorporación de mayores cantidades de materia y energía, se inicia después de que todos los sistemas del organismo se han formado. Los organismos unicelulares crecen duplicando su tamaño original, en tanto que los pluricelulares aumentan miles de veces su volumen a lo largo de la vida, al mismo tiempo que se desarrollan.

En los animales todos los tejidos y órganos participan en el crecimiento, aunque no todos crezcan a la misma velocidad. Por ejemplo, en los seres humanos el tronco y las extremidades tienen un crecimiento más rápido con respecto a la cabeza, desde la infancia hasta el estado adulto. Esta forma de crecimiento se denomina alométrico y da como resultado un cambio marcado en las proporciones del cuerpo. Los mamíferos incluyendo al hombre, llegan a un cierto tamaño y dejan de crecer.

6.REACCIÓN A ESTÍMULOS O EXCITABILIDAD

Todos los seres vivos responden a estímulos, que son los cambios físicos o

químicos en su ambiente externo o interno. Existen dos tipos de estímulos o "señales", externos si es que provienen desde el exterior o el ambiente donde se desarrolla un organismo, o internos, si se producen dentro del mismo organismo.

Un estímulo es una variación física o química de ambiente interno o externo de un organismo. Un cambio en la intensidad o dirección de la luz, en la temperatura, en la presión, en la composición química del medio que rodea ya sea a un organismo o a una célula, es capaz de provocar una respuesta.

La excitabilidad está relacionada con una característica especial de la membrana plasmática. Esta característica de la membrana está relacionada con la permeabilidad selectiva frente a ciertos iones, lo que da lugar a fenómenos bioeléctricos, base molecular del fenómeno de excitabilidad.

La excitabilidad les permite a los seres vivos sobrevivir y, eventualmente, adaptarse a los cambios que se producen en el ambiente. La capacidad para percibir y reaccionar se originó hace miles de millones de años con los procariontes (organismos unicelulares), que podían detectar cambios en su entorno y responder en formas que aumentaba su supervivencia y su éxito reproductivo. Más tarde, la modificación de este proceso simple proporcionó a los organismos pluricelulares un mecanismo para la comunicación entre las células del cuerpo.

Como sabemos, uno de los sistemas de coordinación e interacción con el medio ambiente es el sistema nervioso. Todos los animales tienen algún tipo de sistema nervioso. Lo que distingue al sistema nervioso de los diferentes grupos de animales no son tanto sus estructuras básicas, las neuronas, sino cómo éstas se organizan en circuitos.

El hombre, al igual que el resto de los vertebrados posee un sistema nervioso del tipo encefálico. El sistema encefálico es el de mayor complejidad e incluye el agrupamiento de las neuronas en un cerebro. Está representado por un encéfalo (cerebro, cerebelo y médula oblongada) encerrado en una

estructura ósea (cráneo) y por un órgano alargado, la médula espinal, encerrada en la columna

vertebral (Figura 11).

Figura 11: El sistema nervioso y sus componentes. (Extraído de www.yalemedicalgroup.org).

Con el fin de responder a los cambios externos e internos este tipo de sistema, realiza el procesamiento de la información en tres etapas: cada una de ellas son controladas por poblaciones especializadas de neuronas Recepción sensorial: Controlada por neuronas sensitivas (receptores sensoriales) que transmiten desde sensores que detectan estímulos externos (luz, sonido, tacto, calor, olor y gusto) y condiciones internas (como presión arterial, nivel de CO2 en sangre, y tensión muscular) hasta el centro integrador a través de vías aferentes.

Integración: Esta función es llevada a cabo por interneuronas (en el sistema nervioso central, constituido por el cerebro y la médula espinal) que integran (analizan e interpretan) las aferencias sensitivas. Teniendo en cuenta el contexto inmediato y lo que ha sucedido en el pasado, elabora una respuesta adecuada.

Respuesta motora: Consiste en la conducción de señales desde el centro integrador a través de vías eferentes motoras hacia los efectores que son las células musculares y glandulares encargadas de llevar a cabo las respuestas.

Figura 12: Procesamiento de la información por los sistemas nerviosos: Recepción sensorial. Integración. Respuesta motora o glandular. (Extraído de www.genomasur.com).

7.HOMEOSTASIS

Los miles de millones de células que componen el cuerpo humano necesitan condiciones relativamente estables para funcionar y contribuir a la supervivencia del cuerpo como una unidad. El mantenimiento de estas condiciones de relativa estabilidad interna se denomina homeostasis. Fisiológicamente esto significa que el cuerpo es capaz de mantener una cierta estabilidad en el medio interno independientemente de los cambios que se producen tanto en el interior como en el exterior del organismo. Se dice que esta estabilidad es relativa porque paradójicamente se necesitan acciones constantes para mantener el medio interno del organismo dentro de ciertos límites de tolerancia. Se necesita por ejemplo:

· Mantener constante la temperatura corporal.

· Mantener una concentración óptima de glucosa y otros elementos nutritivos. · Mantener la cantidad de agua y de iones.

· Mantener una concentración óptima de gases. · Conservar el pH dentro de ciertos rangos.

Gran parte del medio interno está constituido por un líquido que baña a las células llamado líquido intersticial. La homeostasis debe mantener valores fisiológicos de todos estos parámetros en el medio interno y celular, de manera que las reacciones metabólicas se puedan concretar. Para ello, constantemente nuestros sistemas están actuando, para poder mantener esta situación. No significa que estemos siempre en el valor óptimo, sino dentro de unos rangos (en algunos lugares muy ajustados) donde el mantenimiento de la vida es posible y donde continuamente se está sujeto a cambios.

Normalmente nuestro cuerpo está preparado para estar continuamente equilibrando todos los procesos y cuando nos excedemos nos da avisos: dolor, cansancio, sueño, apatía, desmotivación, fiebre, etc.

Los sistemas principales que nos regulan y alertan, son el sistema nervioso y endocrino, gracias a los sistemas de retroalimentación. Si bien estos sistemas son fundamentales en la regulación, el resto de órganos y aparatos (aparato respiratorio, gastrointestinal, glándulas anexas, urinario, sistema linfático etc.) también participan en la homeostasis en menor medida.

Los sistemas nerviosos y endócrino constituyen un ciclo de acontecimientos en el que la información sobre el estado de la situación es monitorizada de forma constante y enviado de vuelta a una región central de control. Este ciclo consta de tres componentes básicos (Figura 13):

Receptor: Encargado de incorporar la información que llega de los diversos cambios que se producen en distintas zonas del cuerpo y enviar resultados al centro de control. Todo cambio capaz de alterar una condición controlada recibe el nombre de estímulo.

Centro de control: Lugar donde se recibe información del estado y niveles bioquímicos del organismo y según los cuales, trabajará de una forma determinada u otra. Por ejemplo, se tendrá información constante y con actuación permanente sobre: la frecuencia cardiaca, la presión arterial, la acidez de la sangre, el nivel de glucemia, la temperatura y la frecuencia respiratoria.

Efector: Una vez que el estímulo llega al centro de control produce una respuesta (efecto).

Estas respuestas pueden conducir a invertir el estímulo original y se denomina retroalimentación negativa o a potenciar el estímulo original y se denomina retroalimentación positiva.

Figura 13: Componentes del sistema de regulación homeostática. (Extraído de www.genomasur.com).

Como se dijo anteriormente el sistema de control en la homeostasis está fundamentalmente bajo el mando del sistema nervioso y el sistema endocrino.

El sistema endocrino o también llamado sistema de glándulas de secreción interna es el conjunto de órganos y tejidos del organismo, que segregan un tipo de sustancias llamadas hormonas, que son liberadas al torrente sanguíneo y regulan algunas de las funciones del cuerpo. Es un sistema de señales similar al del sistema nervioso, pero en este caso, en lugar de utilizar impulsos eléctricos a distancia, funciona exclusivamente por medio de sustancias (señales químicas). Las hormonas regulan muchas funciones en los organismos, incluyendo entre otras el estado de ánimo, el crecimiento, la función de los tejidos y el metabolismo, y son secretadas por células especializadas y glándulas endocrinas. Es

sistema endócrino actúa como una red de comunicación celular que responde a los estímulos liberando hormonas y es el encargado de diversas funciones metabólicas del organismo. La Figura 14 ilustra los mecanismos de regulación de la secreción de hormonas en los cuales se integran distintos niveles de información. La información del medio externo que se recibe por los órganos de los sentidos en el encéfalo o por cambios en el medio interno es recibida por el hipotálamo que estimula la producción de hormonas en la hipófisis a través de la producción de hormonas liberadoras. Las hormonas hipofisiarias a su vez, aumentan la producción de hormonas de los órganos blancos.

Sin embargo, cuando las concentraciones de hormonas alcanzan su nivel límite, por retroalimentación negativa, este proceso se inhibe tanto a nivel hipofisiario como del hipotálamo.

Figura 14: Mecanismos de regulación de la secreción de hormonas por el sistema endocrino. (Extraído de http://www.vi.cl/).

Es de destacar que la mayoría de los sistemas de retroalimentación en nuestro cuerpo son negativos (de freno), ya que los positivos (de aumento), pueden ser destructivos y dar lugar a diversas alteraciones, pero no por ello menos necesarios en determinados momentos.

La Figura 15 muestra un ejemplo de retroalimentación negativa para el mantenimiento de la temperatura corporal.

Otro ejemplo de retroalimentación negativa es llevado a cabo para la regulación del pH celular. Como vimos en la Unidad 1, el pH es una medida de la acidez celular.

En casi todos los mamíferos, incluidos los seres humanos, tanto el interior de la célula (citoplasma) como los fluidos que la bañan son casi neutros (pH de entre 7.3 y 7.4). Aumentos o disminuciones pequeños en el pH podrían causar cambios drásticos tanto en la estructura como en el funcionamiento de las moléculas biológicas, provocando la muerte de algunas células o de todo el organismo.

Dado que, en las células vivas transcurren reacciones químicas que captan o generan H+ (protones o iones hidrógeno) y por lo tanto varían el pH, ¿cómo, entonces, el pH se mantiene generalmente constante? La respuesta radica en los muchos amortiguadores que se encuentran en los organismos vivos. Un amortiguador (buffer) es un compuesto que tiende a mantener una solución a un pH constante captando o liberando H+, en respuesta a cambios pequeños en la concentración de H+. Si aumenta la concentración de H+, los amortiguadores se combinan con ellos; si disminuye la concentración de H+, los amortiguadores liberan H+. De manera que la concentración de H+ vuelve a su nivel original. Uno de los sistemas amortiguadores más comunes que reviste importancia en la sangre humana es el formado por el dióxido de carbono (CO2, un producto de desecho del metabolismo celular) y el agua, constituyente principal de la sangre. El CO2 reacciona con el agua para formar ácido carbónico, un ácido débil que se disocia en un ión hidrógeno y un ión bicarbonato (Figura 16). La expresión en la Figura 16 describe el sistema en equilibrio, en el cual las velocidades de reacción hacia derecha e izquierda son iguales y las concentraciones relativas de los componentes no cambian. Si un sistema está en equilibrio, puede "desplazarse a la derecha" agregando reactivos o retirando productos. A la inversa, puede "desplazarse a la izquierda" agregando productos o retirando reactivos. Los iones hidrógeno son el producto importante en este sistema. La adición de un exceso de iones hidrógeno tiene el efecto de desplazar temporalmente el sistema a la izquierda, ya que se combinan con los iones bicarbonato para formar ácido carbónico. Con el tiempo se establece un nuevo equilibrio; en este punto la concentración de iones hidrógeno se hace similar a la concentración original.

Si se agregan iones hidróxido, éstos se combinan con los iones hidrógeno para formar agua, con lo que se elimina de manera eficaz un producto y por tanto se desplaza el sistema a la derecha. Entonces se ioniza más ácido carbónico, con lo que se reponen los iones hidrógeno que se extrajeron.

Los organismos contienen muchos ácidos y bases débiles, de modo que mantienen una reserva esencial de capacidad amortiguadora y evitan los extremos de pH.

Figura 16. Retroalimentación negativa para el mantenimiento del pH de la sangre.

La Figura 17 muestra ejemplos de retroalimentación positiva durante el parto y durante la lactación.

Figura 17: A: Retroalimentación positiva durante el parto. B: Durante la lactación. (Extraído de www.genomasur.com).

Origen de la vida: Toda la evidencia disponible indica que hay una continuidad ininterrumpida entre

las primeras células primitivas que aparecieron sobre la tierra y las células modernas y los organismos que ellas componen.

“En algún momento de la historia de la tierra aparecieron sistemas biológicos capaces de producir descendientes y evolucionar, un hecho íntimamente asociado con los cambios que sufrió el planeta. Para introducirnos en el origen de las primeras formas vivas, debemos conocer las condiciones iniciales de la Tierra a partir de las cuales pudieron haberse establecido”.

Una de las preguntas fundamentales de la biología moderna es cómo empezó la vida?

Las evidencias actuales aportan muchas pistas acerca de la aparición de la vida en la Tierra. La edad de nuestro planeta se estima en 4.600 millones de años. Como evidencias de vida, se han encontrado microfósiles de células semejantes a bacterias que tienen 3.500 millones de años de antigüedad y existen, además, otras evidencias indirectas de vida de hace 3.850 millones de años. Se han propuesto

diversas hipótesis para explicar cómo podrían haber surgido compuestos orgánicos en forma espontánea en la Tierra primitiva y estructuras semejantes a células a partir de esos agregados de moléculas orgánicas.

Modelo Pre – Biológico:

Comienza la vida: Se propone que es a partir de los átomos presentes en este planeta que los sistemas vivos se auto organizaron y evolucionaron.

Visto de este modo, cada átomo de nuestro cuerpo tiene su origen en la enorme explosión. En palabras del catalán Joan Oró (1923-2014), quien se especializo en el estudio de la síntesis de moléculas orgánicas previa a la aparición de la vida, somos carne y hueso, pero también” polvo de estrellas”.

Toda vida que existe en el planeta habita un área denominada biosfera, esta capa que abarca toda la superficie terrestre, se extiende entre 8 y 10 km hacia el espacio exterior, en la atmosfera, y alrededor de la misma distancia, hacia las profundidades del mar.

Desde una perspectiva bioquímica, cuatro características distinguen las células vivas de otros sistemas químicos:

• La existencia de 1 membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener su identidad bioquímica.

• La presencia de enzimas, proteínas complejas esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida. (E, de activación).

• La capacidad para replicarse, generación tras generación.

• La posibilidad de evolucionar a partir a partir de la producción de descendencia con variación.

¿Cómo surgieron estas características? ¿Cuál de ellas apareció primera e hizo posible el desarrollo de las otras? Si bien los trabajos sobre el origen de la vida han proliferado enormemente, han suscitado muchas controversias que aún no se han dilucidado.

En este caso, como en otros, frente a ciertas preguntas acerca del mundo natural, la comunidad científica no adhiere a un único modelo explicativo, sino a la coexistencia de varios modelos, lo cual da lugar a diferentes hipótesis que deben ser analizadas críticamente.

- El primer conjunto de hipótesis contrastables acerca del origen de la vida, fue propuesta por el bioquímico ruso, A.L.Oparin (1894 – 1980) y por el inglés J.B. Haldane( 1892 – 1964), quienes trabajaban en forma independiente, cada uno de ellos en su país de origen y sin conocimientos del trabajo del otro. De manera convergente y contemporánea, estos científicos postularon que la aparición de la vida fue precedida por un largo periodo que denominaron evolución química. Cuáles eran las sustancias, en especial los gases, presentes en la atmosfera primitiva y en los mares durante este periodo, es objeto de controversias. Sin embargo, hay consenso en dos aspectos críticos:

- Había muy poco o nada de oxigeno libre (o molecular) presente (la atmosfera era reductora). - Los cuatro elementos (hidrogeno, oxigeno, carbono y nitrógeno) que constituyen más del 95%

de los tejidos vivos estaban disponibles en alguna forma en la atmosfera y en las aguas de la

Tierra primitiva.

Además de estos materiales simples, la Energía abundaba en forma de calor, rayos (descargas eléctricas), radiactividad y radiaciones provenientes del sol. Oparin, propuso que en esas condiciones, los gases atmosféricos acumulados en los mares y los lagos de la tierra se habrían condensado formando moléculas orgánicas, como no había oxigeno libre, estas moléculas orgánicas no habrían sido degradadas a sustancias simples tal como ocurriría en la actualidad.

Debido a la radiación ultravioleta, muchas moléculas se habrían destruido y vuelto a formar pero, protegidas por el agua del océano que actúa como un filtro para las radiaciones, algunas de ellas habrían logrado persistir. En ciertos ambientes, estas moléculas habrían quedado más concentradas, por ejemplo por la desecación de un lago, formando pequeñas charcas costeras o por la adhesión a superficies solidas protegidas de la luz. En estos microambientes, las moléculas orgánicas pequeñas habrían reaccionado entre sí formando moléculas más grandes. A medida que aumentaban su concentración, diferentes tipos de moléculas se habrían acercado entre sí, cada vez más, combinándose o asociándose en pequeños sistemas, como consecuencia de las mismas fuerzas químicas que actúan sobre las moléculas en la actualidad. (Estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente. En estas estructuras coloidales (a las que Oparin llamó coacervados, y en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente).

Una vez constituidos estos sistemas, la etapa de evolución química habría dado lugar a una nueva etapa, a la que Oparin denomino evolución Prebiologica.

De modo progresivo, estos sistemas plurimoleculares habrían sido capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente y de optimizar en su interior la eficiencia de ciertas reacciones. En los sistemas químicos actuales ya sea en el laboratorio o en los organismos vivos, las moléculas y los agregados

moleculares más estables , tienden a persistir y los menos estables a desintegrarse, de igual modo los sistemas constituidos por agregados moleculares que tenían mayor estabilidad química o mayor capacidad para duplicarse en las condiciones de la tierra primitiva, habrían tendido a aumentar su frecuencia a través del tiempo, respecto a otros sistemas con componentes menos eficientes. Este mecanismo análogo a la selección natural al que Oparin denomino protoseleccion natural, habría favorecido un aumento de la complejidad que condujo a la adquisición de un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente.

Stanley Miller aportó las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Los experimentos de laboratorio han mostrado que, en estas condiciones, pueden formarse moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. Otros experimentos han sugerido el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas pudieron haber formado estructuras semejantes a células, separadas de su ambiente por una membrana y capaces de mantener su integridad química y estructural.

Figura 2. Esquema del experimento. Miller simuló en el laboratorio las condiciones que habrían

imperado en la Tierra primitiva. Hizo circular el gas hidrógeno (H2), el vapor de agua, el metano (CH4) y el amoníaco (NH3) permanentemente entre el "océano" y la "atmósfera" de su dispositivo. El

"océano" se calentaba, el agua se evaporaba y pasaba a la "atmósfera", donde se producían

descargas eléctricas. El vapor de agua, al ser refrigerado, se condensaba y el agua líquida arrastraba las moléculas orgánicas recién formadas. Estas moléculas se concentraban en la parte del tubo que conducía al "océano".

Al cabo de 24 horas, cerca de la mitad del carbono presente originalmente como metano se había convertido en aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Ésta fue la primera evidencia experimental de la teoría de Oparin (fuente: Curtis, 2008).

Micrografía de células fósiles de tipo bacteriano, descubiertas en un depósito de cuarzo negro en Australia. Su data es de 3500 m. de años.

Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas.

Todas las células comparten dos características esenciales. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie. Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas.

Las células procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la única forma de vida sobre la Tierra durante casi 2.000 millones de años; después, hace aproximadamente 1.500 millones de años, aparecieron las células eucarióticas. El paso de los procariotas a los primeros eucariotas fue una de las transiciones evolutivas principales sólo precedida en orden de importancia por el origen de la vida. La cuestión de cómo ocurrió esta transición es actualmente objeto de viva discusión. Una hipótesis interesante, que gana creciente aceptación, es que se originaron células de mayor tamaño, y más complejas, cuando ciertos procariotas comenzaron a alojarse en el interior de otras células.

Teoría Endosimbiotica:

Hace 30 años, la investigadora estadounidense Lynn Margulis, propuso la teoría endosimbiotica (endo: significa interno, y simbionte se refiere a la relación de beneficio mutuo entre dos organismos) para explicar el origen de algunas organelas eucariontes, especialmente las mitocondrias y los cloroplastos “ según esta teoria: hace aproximadamente 2500 millones de años, cuando la atmosfera era ya rica en oxigeno, proveniente de la actividad fotosintética de las cianobacterias , ciertas células procariontes habrían comenzado a utilizar este gas en sus procesos metabólicos de obtención de energía. La capacidad de utilizar el oxigeno habría conferido una gran ventaja a las células aeróbicas, que habrían prosperado y proliferado. En algún momento, estos procariontes aeróbicas habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño, sin que se produjera una digestión posterior. Algunas de estas

asociaciones simbióticas habrían resultado favorables; los pequeños huéspedes aerobios habrían hallado nutrientes y protección en las células hospedadoras, mientras que estas obtenían beneficios energéticos de su huésped. Esto les permitió conquistar nuevos ambientes. Así, células procariontes respiradoras originalmente independientes se habrían transformado en las actuales mitocondrias.”

Fig. 20 Curtis, 2008

Esta interpretación no es extensiva al origen de la membrana nuclear, la cual se habría establecido a partir de una invaginación de la membrana nuclear.

Varias líneas de evidencia sustentan la teoría:

• Por un lado, es sugestivo que las mitocondrias contengan ADN, propio, y diferente del ADN nuclear , una única molécula continua o circular y semejante al ADN de las bacterias,

• Así, mismo muchas de las enzimas presentes en las membranas celulares de las bacterias, también se encuentran en las membranas mitocondriales.

• Además las mitocondrias solo son producidas por otras mitocondrias, que se dividen dentro de la célula hospedadora.

• Recientemente, biólogos moleculares demostraron que ciertos genes que se encuentran en las mitocondrias tienen el mismo origen evolutivo que genes de organismos procariontes.

De forma análoga, se cree que los cloroplastos se incorporaron cuando ciertos procariontes fotosintéticos fueron ingeridos por células eucariontes no fotosintéticos de mayor tamaño, que ya poseían núcleo y mitocondrias.

La mayor complejidad de las células eucarionte la doto de un número de ventajas que finalmente posibilitaron la evolución de organismos pluricelulares o multicelulares. Las células eucariontes son más eficientes desde el punto de vista metabólico, dado que debido a la presencia de membranas, las funciones se reparten en compartimientos específicos. Son de mayor tamaño y son capaces de llevar mayor información genética que las células procarionte, suficiente, por ejemplo para especificar los caracteres básicos de una planta de roble o de un ser humano.

UNIDAD 2: LA QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS

Los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular.

Así como las células son los ladrillos con los que se construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que se construyen las células.

Las moléculas de la materia viva se pueden clasificar en:

Inorgánicas: son compuestos simples, relativamente pequeños, en cuya composición participan la mayoría de los elementos, pero rara vez el carbono, con algunas excepciones, como el dióxido de carbono (CO2); los compuestos inorgánicos que poseen carbono no poseen hidrógeno al mismo tiempo. Otros compuestos inorgánicos son el agua (H2O) y las sales.

Orgánicas: son aquellas en cuya composición participan el carbono y e hidrógeno, unidos por enlaces covalentes. En general, son compuestos grandes y de estructura compleja.

Las moléculas, sean orgánicos o inorgánicos, están integradas por elementos; en la actualidad, se conocen más de cien elementos, pero pocos más de 20 forman parte de los seres vivos. En la Figura 1 vemos en rojo los elementos más abundantes, en celeste los que se encuentran en una proporción menor, y en verde los elementos traza (es decir, necesarios en cantidades pequeñísimas).

Figura 1: Tabla periódica. En color, los elementos biogénicos. (Extraído de Introducción a la Biología de Albert, 2006)

Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos

químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia), se pueden agrupar en tres categorías:

Bioelementos principales: C, H, O, N. Son los elementos mayoritarios de la materia viva. Constituyen el 95% de la masa total.

Bioelementos secundarios: constituyen aproximadamente el 4 % de la materia viva. Dentro de ellos cabe distinguir entre:

_ Indispensables: se presentan en todos los seres vivos: Ca, Na, K, Mg, Cl, Fe, Si, Cu, Mn, B, F y I.