COLEGIO DE BIOLOGÍA
ÁREA 2 BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD
Grado 5° Clave 1502 Plan 96
GUÍA DE ESTUDIO
BIOLOGÍA IV
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Autores: Eduardo Adolfo Delgadillo CárdenasMaría Teresa Domínguez Magallón José Manuel Gabriel Cruz
Silvia López Eslava
Coordinación: María Teresa Domínguez Magallón
Agradecimientos: José Cosme Aguilar Bazán, por la elaboración de los dibujos. Luis Gerardo Parra Casanova, por las fotografías.
Revisión 2012: Alma Cecilia Rosas Pulido Cecilia Verduzco Martínez Coordinación 2012: Hilda Claudia Morales Cortés
Escuela Nacional Preparatoria
Directora General: Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar Secretario Académico: Biól. Alejandro Martínez Pérez
Diseño de portada: DCV. Cintia Amador Saloma
Actualización de la edición: DCG. Edgar Rafael Franco Rodríguez 4ª edición: 2012
© Universidad Nacional Autónoma de México Escuela Nacional Preparatoria
Dirección General
Adolfo Prieto 722, Col. Del Valle C. P. 03100, México, D. F. Impreso en México
PRESENTACIÓN
La Escuela Nacional Preparatoria ha trabajado durante casi 145 años en la formación de jóvenes llenos de ideales y metas por cumplir, con deseos de superación y comprometidos con su país, a quienes tenemos que guiar y conducir hacia el logro de sus éxitos académicos, factores que reforzarán su seguridad personal.
Las herramientas que adquieran los estudiantes, durante esta etapa escolar, serán fundamentales, columna vertebral que sostenga sus estudios profesionales, con lo que el desarrollo de habilidades y actitudes se verá reflejado en su futuro próximo.
Es nuestra responsabilidad dotar a los alumnos de todos los materiales didácticos que ayuden a enfrentar los retos de adquisición del aprendizaje, para que continúen con sus estudios de manera organizada, armónica y persistente. Por lo mismo, los profesores que integran esta dependencia universitaria, trabajan de manera colegiada; ponen toda su energía en desarrollar las Guías de estudio para aquellos alumnos que, por cualquier razón, necesitan presentar un examen final o extraordinario y requieren elementos de apoyo para aprobarlos y concluir sus estudios en la Preparatoria.
La presente Guía de estudio es un elemento didáctico que facilita la enseñanza y el aprendizaje. Se puede utilizar de manera autodidacta o con la ayuda de los muchos profesores que a diario brindan asesorías en cada uno de los planteles de la Escuela Nacional Preparatoria.
Continuaremos buscando más y mejores elementos didácticos: presenciales y en línea, con el objetivo de ayudar a nuestros alumnos a que aprueben y egresen del bachillerato.
Sólo me resta desearles éxito en su camino personal y profesional. Juntos por la Escuela Nacional Preparatoria.
Mtra. Silvia E. Jurado Cuéllar Directora General
PRESENTACIÓN DE LOS AUTORES
La guía de estudio para el programa de BIOLOGÍA IV de la Escuela Nacional Preparatoria, tiene por objeto apoyarte en el proceso de autoaprendizaje y/o prepararte para el examen ordinario o extraordinario, mediante la orientación en el estudio de los principales procesos biológicos y temas relacionados.
Se estructura de la siguiente manera:
1. Se presentan las seis unidades incluidas en el programa de Biología IV de la Escuela Nacional Preparatoria.
2. Cada unidad presenta una introducción sobre los contenidos básicos. Se abordan los contenidos generales y particulares más importantes.
3. Se anexan lecturas cortas en las que se incluyen el manejo de los conceptos fundamentales que debes conocer en cada unidad.
4. Se sugieren libros de texto que, junto con tus notas de curso, te servirán de apoyo para contestar la guía. Es pertinente aclarar que los libros sugeridos no son los únicos que puedes consultar, pero si los que se recomiendan por su nivel y que están en la biblioteca de tu plantel.
5. Se incluyen algunas sugerencias de páginas electrónicas con las cuales podrás complementar la información.
6. Este documento es solo una guía, no basta con leer los contenidos de la misma, debes consultar la bibliografía sugerida, además de hacerlo con tiempo suficiente.
7. En cada unidad encontrarás una serie de preguntas y ejercicios que te permitirán reforzar los conocimientos adquiridos.
8. Al final se ofrece un ejemplo de examen que te ayudará a evaluar tu aprendizaje y a familiarizarte con el tipo de preguntas que presentan los exámenes. Es necesario puntualizar que las preguntas de la guía son diferentes a las de los exámenes, sobre todo del extraordinario.
9. Se recomienda asistir a las sesiones de asesoría permanente que dan profesores en tu plantel, consulta los días y horarios según tu disponibilidad de tiempo.
IMPORTANTE. El autoaprendizaje requiere de un mayor esfuerzo de tu parte, se necesita
tiempo para la lectura y el análisis de éste y otros textos. La comprensión de algunos procesos biológicos hace necesaria la utilización de materiales didácticos como modelos, presentaciones y videos, por tanto, debes dedicar el tiempo suficiente para revisarlos. Todos ellos los encontrarás en la biblioteca de tu plantel.
ÍNDICE
Introducción ... 6
Propósitos ... 7
Unidad I
La biología como ciencia ... 9
Unidad II
La célula, unidad estructural y funcional de los seres vivos ... 21
Unidad III
Procesos para la continuidad de la vida ... 40
Unidad IV
Evolución de los seres vivos ... 55
Unidad V
Historia evolutiva de la diversidad biológica ... 67
Unidad VI
Los seres vivos y su ambiente ... 75
INTRODUCCIÓN
La asignatura de Biología IV es obligatoria y de carácter teórico-práctico, está incluida en el mapa curricular de la Escuela Nacional Preparatoria en el quinto grado del bachillerato y forma parte del área de formación de las Ciencias Naturales.
El curso de Biología IV significará para muchos alumnos el último contacto con la asignatura, por lo que su desarrollo, más que profundizar sobre los temas, permitirá que adquieras los conceptos biológicos fundamentales, desarrolles habilidades, aptitudes y valores que complementen tu cultura biológica y formación integral.
El curso inicia con la discusión del tema “la biología como ciencia”, con el fin de establecer cuál es la concepción de ciencia que se debe tener a lo largo del curso. Continúa con el estudio de los procesos celulares y el análisis de procesos biológicos como genética y evolución, hasta terminar con el análisis de los macroprocesos comunes a todos los seres vivos. La secuencia propuesta implica la necesidad de un manejo constante de los conocimientos que vas adquiriendo para reforzarlos, ampliarlos e integrarlos al estudio de temas de mayor complejidad o especializados, de tal forma que se favorezca una interacción con el objeto de estudio y esto se traduzca en un manejo real de los temas y te permita entender a la Biología como una ciencia.
El curso de Biología IV tiene como antecedentes de la disciplina, los cursos de Biología de nivel medio básico (Iniciación Universitaria o Educación Secundaria) y como materias consecuentes los cursos de Biología V y Temas Selectos de Biología del sexto grado del bachillerato.
Es importante mencionar que del primer grado de bachillerato se retoman conocimientos de las siguientes materias:
- Física III. Aborda el estudio de conceptos como: calor, energía y temperatura, fundamentales para la comprensión de los procesos biológicos.
- Geografía. Aporta elementos fundamentales para el estudio de la distribución de los seres vivos.
- Historia universal. Permite la ubicación de los antecedentes históricos del pensamiento científico, su evolución y la generación de conceptos basados en las principales teorías.
- Lógica. Proporciona los elementos para conceptualizar los aspectos de la ciencia y sus métodos de estudio.
- Matemáticas. Brinda las bases para el razonamiento. Así como la principal herramienta para interpretar a los fenómenos biológicos.
Las relaciones de este curso con las asignaturas de quinto grado son:
- Educación para la Salud y Química III. Proporcionan elementos que te sirven para entender la composición, estructura y funcionamiento de los seres vivos a través de un enfoque científico.
- Ética, Historia y Matemáticas. Permitirán desarrollar tu capacidad de reflexión y razonamiento, además de ubicar el conocimiento en un contexto histórico-social.
- Etimologías Grecolatinas del Español. Favorece la comprensión del lenguaje común y el lenguaje especializado.
La relación con materias consecuentes es:
- Biología V. Profundiza en el estudio de los procesos biológicos.
- Química IV. Analiza la materia y la estructura en relación con la vida.
- Física IV. Estudian aspectos como ósmosis, propiedades eléctricas de la materia, capilaridad y tensión superficial, que permiten comprender mejor los procesos vitales.
PROPÓSITOS
Al revisar esta unidad deberás ser capaz de:
1. Reconocer la importancia de la biología para el desarrollo científico y social.
2. Conocer los conceptos fundamentales y principios unificadores de la biología que le permitirán la comprensión de la estructura y funcionamiento de los seres vivos, para con ello, valorar la vida en todas sus formas y así fomentar en él una actitud responsable frente a la naturaleza y el ambiente.
3. Iniciarte en la aplicación de la metodología de investigación básica, desarrollando actividades de búsqueda de información bibliográfica y experimental, de organización y análisis de la información obtenida, para aplicarla en el reconocimiento, planteamiento o resolución de problemas cotidianos y particulares de la disciplina.
4. Iniciarte en el manejo básico de equipo y de materiales de laboratorio y adquiera una disciplina de trabajo y responsabilidad en las tareas a realizar.
5. Reconocer como un ser vivo integrante de la naturaleza y busque aplicar los conocimientos biológicos en las actividades cotidianas para mejorar su calidad de vida.
6. Emitir juicios críticos y desarrollar actitudes serias y responsables frente a su vida, la naturaleza y la sociedad.
7. Desarrollar el interés por la materia e inclusive por una carrera del área de las Ciencias Biológicas y de la Salud que se refleje en un incremento de la matrícula de los alumnos en dicha área del sexto grado de bachillerato y de estas licenciaturas.
Unidad I
INTRODUCCIÓN
Estudiarás la importancia de la biología como generadora de conocimiento, sus métodos de estudio, su relación con otras ciencias y su papel en el desarrollo de la tecnología para beneficio de la sociedad. Deberás recordar como es tu laboratorio y las normas de seguridad que debes seguir para tu cuidado y el de tus compañeros. Con esta base, emplearás los elementos de la metodología de investigación como eje para el desarrollo de conocimientos en las siguientes unidades.
PROPÓSITOS
Al revisar esta unidad deberás ser capaz de:
1. Reconocer las características que distinguen a la ciencia. 2. Reconocer que la biología es una ciencia.
3. Comprender como se ha dado el proceso de construcción del conocimiento biológico. 4. Entender que la biología tiene amplia relación con otras ciencias.
5. Reconocer que la biología tiene relación con la tecnología y con la sociedad.
6. Saber que la biología utiliza diversos métodos para la obtención de conocimiento, y discutir la validez del método científico experimental.
7. Reconocer como es tu laboratorio de biología y reconocer cuáles son los materiales y equipos básicos.
8. Observar las reglas básicas de seguridad y comportamiento en el laboratorio. 9. Recordar cuáles son los principios unificadores que comparten los seres vivos.
1. EL CARÁCTER CIENTÍFICO DE LA BIOLOGÍA.
Cómo se construye el conocimiento científico.
El conocimiento que se genera a través de la ciencia se debe a la interpretación de los datos percibidos mediante los sentidos. Podemos ver, oír, saborear, oler o tocar para conocer. Sin embargo, la cercanía con el fenómeno no es siempre la misma, a medida que contamos con más y mejores instrumentos, obtenemos nueva información, lo que nos permite conocer mejor el fenómeno.
Las explicaciones científicas difieren según los instrumentos con que se cuente y el modo como se aborde el estudio, por lo anterior se tendrá una explicación distinta del mismo fenómeno. Las teorías científicas son producto de un complicado proceso mental que se inicia cuando se realiza voluntariamente la búsqueda de conocimiento. Las preguntas que se hacen los investigadores son qué buscar, por qué buscar y cómo buscar.
¿Cómo investigan los científicos?, ¿Es de la misma manera en todos los casos? La forma en que los hacen depende, además de los equipos, instrumentos y técnicas disponibles en una época determinada, de su formación académica, filosófica, política y hasta religiosa. Es cierto que la investigación científica debe ser objetiva, se deben evitar la
humanos, en ocasiones existe un cierto grado de subjetividad en la interpretación de los fenómenos, debido principalmente a las influencias familiares, de la sociedad, académicas y en general de las experiencias vividas.
Las teorías científicas deben aplicarse a la mayoría de los casos, es decir deben generalizarse. Estas son válidas mientras sirvan para interpretar los resultados de las investigaciones que se realizan en ese momento y si es que sirven de marco teórico para la realización de otras.
Características de la ciencia.
La ciencia nace cuando civilizaciones antiguas como los griegos, empezaron a recopilar, organizar y sistematizar conocimientos acumulados a través del tiempo, otorgándole a este conocimiento un carácter racional, generando conceptos y en algunos casos teorías que fueron acabando con las explicaciones sobrenaturales o metafísicas y que fueron los primeros intentos del hombre por explicar lo que sucedía en su entorno.
Actualmente, la ciencia se ha convertido en una actividad social fundamental para la humanidad, sin embargo, su desarrollo y explicaciones han variado a lo largo del tiempo dependiendo del estado que guardan algunos factores sociales, históricos, filosóficos y de desarrollo de nuevos conceptos científicos.
Para tratar de entender lo que es la ciencia, tenemos que remontarnos a dos propuestas que realizaron dos grandes pensadores de la antigüedad: Aristóteles y Galileo. Aristóteles sostenía que las explicaciones científicas se realizaban siguiendo un camino
inductivo, que comprendía la observación de los fenómenos hasta el establecimiento de
principios generales o principios explicativos. Galileo, por otro lado, propuso que los fenómenos se podían medir, es decir, lo que sucedía en la naturaleza se podía explicar mediante leyes cuantificables.
Durante la revolución industrial, en el siglo XIX, las ciencias que utilizaban el método experimental, puesto de moda durante el siglo XVII por Galileo, eran las que tenían el respeto de la comunidad, mientras que la filosofía y las ciencias sociales eran despreciadas por la mayoría.
Posteriormente, algunos filósofos de la ciencia como Karl Popper, Thomas S. Kuhn e Imre Lakatos entre otros, han tratado de explicar la ciencia tomando en cuenta su papel histórico, la forma en que se construyen las teorías, los métodos para llevarla a cabo y el papel que juegan los científicos.
La ciencia:
- Es una actividad humana que trata de comprender y explicar fenómenos sociales y naturales del mundo que nos rodea.
- Surge de la sociedad y constituye una parte importante de ella. No existe ciencia fuera de la sociedad.
- Las explicaciones científicas se desarrollan por diferentes estructuras o unidades de cambio conceptual y metodológico: hipótesis, teorías, paradigmas o programas de investigación. - Las teorías científicas se desarrollan de forma deductiva. Se parte de un marco teórico de referencia y se diseñan hipótesis de trabajo para comprobar su validez o no.
- Las teorías científicas tienen una validez histórica, es decir, no existen verdades absolutas. Son aceptadas en un contexto histórico, político, social y científico determinado y siempre son susceptibles al cambio, rechazo o mejoramiento. Estos son los llamados paradigmas
- Los experimentos se diseñan basados en la teoría y no al revés.
- Existe una pluralidad metodológica para el desarrollo de la ciencia y estos métodos dependen del objeto de estudio y los fines que persigue la ciencia.
- Los científicos intentan desarrollar su actividad científica apegados a la objetividad, sin embargo, debido a que es una actividad humana siempre se pueden presentar un cierto grado de subjetividad debido a preferencias políticas, religiosas, familiares o económicas. La ciencia no es moralmente neutra.
- La ciencia en la mayoría de los casos responde a los intereses de la sociedad en el poder, es decir es clasista.
- Los conocimientos generados por la ciencia, en muchas ocasiones no avanzan en línea recta, a veces se estancan, y luego pueden dar grandes saltos o modificarse completamente. Esto se debe al modo como se construyen estas explicaciones científicas. Si esto ocurre, existe un cambio de paradigma.
Con las consideraciones anteriores una definición de ciencia podría ser: “Es una actividad humana que trata de comprender y explicar fenómenos sociales y naturales del mundo que nos rodea, surge de la sociedad y constituye una parte importante de ella. Sus explicaciones se desarrollan por diferentes estructuras o unidades de cambio conceptual, lo hacen de forma deductiva, tienen una validez histórica, es decir, no existen verdades absolutas. Existe una pluralidad metodológica que depende del objeto de estudio y los fines que persigue la ciencia. El método científico experimental no es el único camino para desarrollar la actividad científica y los experimentos se diseñan basados en la teoría. La ciencia debe ser objetiva pero existe un pequeño grado de subjetividad debido a que no es moralmente neutra. La ciencia puede ser clasista”.
La biología como ciencia.
Un ejemplo acerca de la historia del desarrollo de la biología
La biología es una ciencia ya que cumple con todas las características y propiedades que utilizamos para definirla como “ciencia”. Nace en el siglo XIX, tiene un cuerpo teórico y metodológico propio, los biólogos trabajan en comunidades especializadas, utilizan paradigmas y cuando éstos ya no explican los fenómenos estudiados entonces construyen otros nuevos. Los científicos diseñan proyectos de investigación y deben comunicarlos a otros científicos a través de congresos, foros, publicaciones, etcétera y además someter al escrutinio de otros científicos la validez de sus teorías. Utiliza diferentes métodos para el desarrollo de sus teorías, sobre todo el experimental, pero no es el único. Las observaciones y los experimentos siempre se hacen en el marco de una teoría.
El objeto de estudio de la biología.
Por definición, el objeto de estudio de esta ciencia ha sido definida como el estudio de la vida, pero ¿cómo definimos lo que está vivo?
La biología como ciencia avanzó rápidamente cuando se centró en el conocimiento de lo que significa ser vivo. Existen ciertas características o propiedades asociadas a los organismos vivos.
Así, podemos decir que los seres vivos se caracterizan por presentar: Ø evolución biológica.
Ø programas genéticos. Ø genotipo y fenotipo.
Ø los mismos elementos químicos que la materia inanimada.
Ø biomoléculas como ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos. Ø células.
Ø metabolismo.
Ø mecanismos de control y regulación. Ø reproducción.
Ø crecimiento y diferenciación. Ø complejidad y orden.
Ø respuesta a estímulos del ambiente
Un ejemplo acerca de la historia del desarrollo de la Biología La Teoría Celular.
Nota: Revisa el apartado: Desarrollo de la Teoría Celular en la unidad II.
Como corolario de este tema recuerda que el conocimiento científico se desarrolla de acuerdo al conocimiento de la época, la tecnología disponible y que sus propuestas son aceptadas en un contexto histórico, político, social y científico determinado y siempre son susceptibles al cambio, rechazo o mejoramiento.
En la actualidad, la teoría celular sostiene cuatro propuestas fundamentales: a) todos los organismos están compuestos por células; b) en ellas tiene lugar las reacciones metabólicas del organismo; c) las células provienen de otras células preexistentes; y la última propuesta incorporada sería d) las células contienen el material hereditario.
El carácter científico de la Biología.
· Una de las características esenciales de la ciencia es que empieza y acaba siempre en la
REALIDAD. Parte de hechos reales, los respeta y siempre vuelve a ellos.
Reflexiona: ¿La brujería, la magia y la astrología (no astronomía) pueden ser
consideradas o incorporadas al conocimiento científico?
· OBJETIVIDAD: Significa que los conocimientos obtenidos existan realmente, fuera del sujeto que lo genera o conoce. Por lo tanto, el conocimiento no debe depender del sujeto (el científico), ni de sus intereses personales o institucionales, ni de sus sentimientos.
Reflexiona: ¿El patentar vida como lo ha hecho la empresa Celera Genomics
(institución que apoyó en el desciframiento de la secuencia del genoma humano) con
sus ratones genéticamente modificados, se apega a lo que consideramos como
objetividad? ¿Son éticamente neutrales la ciencia y la tecnología?
· RACIONALIDAD: Los conceptos, ideas y/o experimentos deben apoyarse en juicios o raciocinios y no en suposiciones al azar o imaginaciones. La razón tiene que ser la fuente y única base del valor del conocimiento humano.
Reflexiona: ¿Deberá considerarse la suposición de un científico que afirma que los
seres humanos podemos fotosintetizar nutrimentos, y para sustentar su investigación solicita recursos?
ACTIVIDAD 1.1. Lee las siguientes características de la ciencia, reflexiona y responde
· SISTEMÁTICA: Al ser una forma de organización, el conocimiento científico no debe ser un agregado de información al azar, sino más bien un sistema de proposiciones, hechos y teorías, relacionados lógicamente entre sí y que formen un cuerpo de real conocimiento. · VERIFICABLE: Significa que las proposiciones, las hipótesis y teorías son susceptibles de
comprobarse, ya sea a través de la experimentación (física, química o biología, por ejemplo) o mediante el razonamiento lógico (matemáticas y lógica), ya sea por las personas que lo generaron o por otras.
Reflexiona: Si un primer experimento da como resultado el dato X, y posteriormente
una serie de experimentos ordenados y sistematizados, y hechos por diferentes sujetos para resolver el mismo problema, generan el dato Y, ¿podemos seguir considerando como válido el dato X?
· FALIBILIDAD: Esto es que aunque siga un método y un orden, no está exenta de fallar.
Reflexiona: ¿Todo el conocimiento generado a través de un método, será siempre la
verdad absoluta?
· METÓDICA: Quiere decir que no es casual y existe un orden en los principios. Por lo tanto, no se deben realizar experimentos o actividades tendientes a validar una hipótesis sin un orden, sino que deliberadamente se planean y elaboran; al seguir un método el trabajo tiende a ser menos errático.
Reflexiona: ¿Si deseo realizar el cultivo de una bacteria en particular y requiero que no
se contamine con ninguna otra, dicho experimento lo podré realizar con los materiales necesarios, en la cocina de mi casa?
Como puedes observar el desarrollo de la biología actual cumple con todas las anteriores características, por lo tanto se puede afirmar que la biología es una ciencia, ya que en su seno se genera conocimiento en forma ordenada, sistematizada y validada.
2. RELACIÓN DE LA BIOLOGÍA CON LA TECNOLOGÍA Y LA SOCIEDAD.
- ¿Qué es la diabetes? - ¿Cuáles son sus síntomas?
- ¿Qué aportes ha realizado la ciencia para el estudio de la diabetes? - ¿Qué ciencias intervienen en esta lucha contra la enfermedad?
- ¿Qué apoyos de la tecnología para la lucha contra esta enfermedad se han obtenido? - ¿Qué papel juega la sociedad y por qué es importante para ella?
Puedes consultar las páginas:
http://www.fmdiabetes.com/www/diabetes/diabete.asp
http://www.facmed.unam.mx/deptos/salud/periodico/diabetes/index.html www.msd.com.mx/msdmexico/patients/diabetes/diabetes_index.html http://www.geocities.com/diabetesac/infodiab.html
http://www.sediabetes.org/web/contenidogeneral.asp?id=1080
ACTIVIDAD 1.2. Desarrolla una investigación acerca de la Diabetes con énfasis en el estado que guarda en nuestro país y escribe las respuestas a las preguntas.
3. INTERACCIÓN DE LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS ENTRE SI Y CON OTRAS CIENCIAS
Biología molecular, Biología celular, Bioquímica, Genética, Fisiología, Biología del desarrollo, Morfología, Evolución y Sistemática, Ecología y Biología del comportamiento.
Nota: Intradisciplinaria implica las relaciones que se dan dentro de la biología e interdisciplinaria la relación entre la biología y otras ciencias.
4. METODOLOGÍAS DE INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA
- Metodología general
- Diferentes métodos en Biología - Método científico experimental
a) ¿Existe un método para la investigación en biología?
b) ¿En qué se basan cada uno de los diferentes métodos para la investigación en Biología?
c) En tu biblioteca o Centro de Recursos para el Aprendizaje, solicita la película “Método científico” y obsérvala con atención, anotando lo que consideres relevante.
d)¿Podrías reconocer los elementos que conforman el método científico experimental? ¿Cuáles son?
ACTIVIDAD 1.4. Realiza el mismo ejercicio, pero ahora busca cuáles son las disciplinas que tienen una relación interdisciplinaria con la biología.
ACTIVIDAD 1.3. Con la siguiente lista de disciplinas, realiza un mapa conceptual en el que se establezcan las relaciones intradisciplinarias de la biología.
Método científico, completa los siguientes enunciados.
1. Diseño de actividades tendientes a validar o no una hipótesis: ______________________. 2. Enunciado simple, no simplista que intenta explicar el fenómeno observado: ___________.
3. Permite conocer el nivel de certeza, tanto de la hipótesis como de los experimentos diseñados o, en caso contrario, formular nuevas hipótesis y modificar la actividad experimental.________________. 4. Es la obtención de consecuencias en un experimento: ____________________________.
5. LABORATORIO DE BIOLOGÍA: MEDIDAS DE SEGURIDAD.
___Puedo y debo consumir alimentos, beber o fumar dentro del laboratorio. ___Puedo jugar libremente en las instalaciones.
___Necesito conocer los sistemas de alerta, zonas de seguridad y rutas de evacuación. ___Todo producto químico debe ser manejado como si fuera tóxico.
___En caso de presentarse un derrame de material tóxico (como ácidos) debo limpiar yo mismo sin consultar a nadie.
___Es necesario mantener el área de trabajo, el equipo y los aparatos tan limpios como sea posible.
___Se deberá trabajar con bata de manera obligatoria y el cabello recogido.
___Debo utilizar la misma pipeta (sin enjuagar) para tomar o medir diferentes reactivos.
___Siempre que se trabaje con vapores irritantes, tóxicos o inflamables utilizar la campana de extracción.
___Para percibir el olor de un material o reactivo, debo acercarlo directamente a la nariz.
___No es necesario etiquetar todas las sustancias, ya que muchas de ellas son muy fácil de distinguir por su olor o sabor.
___Si tengo dudas acerca de un reactivo que parece una sal, lo puedo probar.
___Para preparar una disolución de un ácido o de una base concentrada, verter siempre el ácido sobre el agua y nunca al revés.
___El material de cristalería es frágil, por lo que debe manejarse con cuidado.
___Si es necesario, puedo arrojar a los desagües o tarjas residuos sólidos (grasa, papel, cerillos, telas, etcétera).
___Para desechar ácidos fuertes, debo primero neutralizarlos con una base y dejar un flujo conveniente de agua.
¿Crees que sean las mínimas necesarias o consideras que faltan algunas?
Laboratorio de biología
a) b) c)
d) e) f)
g)
Respuestas a equipo de laboratorio
a) b) c)
d) e) f)
g)
a)
b)
c)
d) e) f) g)
h) i) j)
6. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS.
Respuestas a equipo de laboratorio
a) b) c)
d) e) f)
g) h) I)
j)
ACTIVIDAD 1.8. Reconoces los siguientes materiales ¿Para qué sirven?
ACTIVIDAD 1.9. Los principios unificadores de los seres vivos son: unidad, diversidad, continuidad y cambio.
¿Qué significa cada uno de ellos?
AUTOEVALUACIÓN
Contesta las siguientes preguntas
1. Presenta absolutamente todas las explicaciones a los problemas sociales y científicos de la humanidad ( )
a.- Religión b.- Ciencia c.- Tecnología d.- No existe propuesta que tenga todas las repuestas
2. Una definición de Ciencia podría ser “Actividad humana creativa, cuyo objetivo es la comprensión de la naturaleza y cuyo producto es el conocimiento obtenido por medio de un método científico organizado en forma deductiva y que aspira a alcanzar el mayor consenso” ( )
a.- Falso b.- Verdadero c.- Verdadero si se aplica a ciencias experimentales
d.- Verdadero si se aplica a ciencias sociales
3. Requisitos que debería tener la ciencia ( __ y __ )
a.- Estar libre de presiones externas
b.- Ser clasista c.- Ser demagógica d.- Resolver los problemas que atañen a la sociedad en su conjunto
4.- La sociedad mexicana no es una sociedad moderna ( )
a.- Ya que ha resuelto sus necesidades
b.- Porque hemos resuelto los problemas económicos
c.- Porque copia esquemas científicos del extranjero
d.- Porque prepara sus cuadros básicos en ciencia y tecnología
5.- Los elementos del Método Científico deben seguirse en forma inalterable para poder alcanzar la verdad absoluta de lo que se investiga ( )
a.- No existen verdades absolutas
b.- Cierto c.- Falso d.- Pueden saltarse elementos al azar
6. Implica realizar una serie de reflexiones acerca del propósito de la investigación ( )
a.- Planteamiento del problema
b.- Teoría c.- Observación d.- Experimentación
7.- En el Método Científico Experimental los investigadores pueden manipular algún aspecto de la investigación para observar el comportamiento del fenómeno, cómo se le llama a esta variable que se manipula ( )
a.- Variable independiente b.- Factor de experimentación
c.- Variable dependiente d.- Testigo
8. Se apoya en la utilización de instrumentos y técnicas ( )
a.- Hipótesis b.- Teoría c.- Resultados d.- Experimentación
9. Se realiza mediante la deducción y/o predicción ( )
a.- Hipótesis b.- Teoría c.- Resultados d.- Experimentación
10. Cada nuevo avance tecnológico debe aplicarse inmediatamente a la ciencia ( )
a.- Siempre se ha presentado
b.- No existe relación entre estos dos
c.- En algunos casos donde existe interés
d.- En algunos casos, cuando existe una teoría que apoye la aplicación
Problemas resueltos
1. En un experimento realizado en una preparatoria de la UNAM se midió el efecto de la
concentración de una sal disódica en la reproducción y morfología de una especie de hongo microscópico. Se probaron seis diferentes concentraciones (0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 y 1.2 meq/L) y se analizó la respuesta de los microorganismos. Menciona cuáles son las diferentes variables de estudio (independiente, dependiente y constante) en el experimento anterior.
2. En un experimento en campo se midió la cantidad y calidad de proteína cruda que se obtiene
en los granos del genotipo de maíz M-18, bajo cuatro diferentes niveles de fertilización nitrogenada (urea: 60, 70, 90 y 100 kg Nha-1). Se sembró todo en un suelo salino dividido en parcelas de 4 m2 por tratamiento y se les aplicó riego constante. Identifica las variables de estudio (independiente, dependiente y constante) en el experimento anterior.
BIBLIOGRAFÍA.
1. Alonso Tejeda E. 2002. Biología un enfoque integrador. 2da Edición. México. Mac Graw Hill.
2. Arana Federico. 1975. Método experimental para principiantes, México. Joaquín Mortiz.
3. Audesirk Teresa, Audesirk Gerald y Bruce Byers. 2004. Biología, Ciencia y Naturaleza. México. Pearson – Prentice Hall.
4. Cervantes Ramírez M. y M. Hernández Hernández. 1998. Biología general. México. Publicaciones Cultural.
5**. Jiménez García Luis Felipe, Rosaura Ruiz Gutiérrez, Arturo Argueta Villamar, Juan Núñez Farfán, Irene Quiroz Amenta, Eduardo A. Delgadillo Cárdenas, Julieta Chacón López, María del Refugio Saldaña García, María Cristina Hernández Rodríguez. 2007. Conocimientos Fundamentales de Biología, Vol 1. México. Pearson Educación – UNAM.
6. Palazón Mayoral Ana. 2002. La construcción de la Biología. Ciencias Bachiller 6. México. Escuela Nacional Preparatoria, UNAM.
7. Pérez – Granados Alejandro y María de la Luz Molina – Cerón. 2007. Biología. México. Santillana.
8. Cecie Starr y Ralph Taggart. 2004. Biología, la unidad y diversidad de la vida. Décima Edición. México. Thomson.
**Se recomienda comenzar con la consulta de éste libro para la unidad en general y para cada pregunta en lo particular. En el caso de las preguntas acerca de laboratorios deberás ir a la biblioteca y realizar una investigación bibliográfica para poder contestar.
UNIDAD II
INTRODUCCIÓN
En esta unidad estudiarás los niveles de organización de la materia, la composición química de los seres vivos, la teoría celular, la estructura y funciones celulares, los tipos celulares, el metabolismo celular y las diferencias entre sistemas unicelulares y pluricelulares.
PROPÓSITOS
Comprenderás que la estructura y los procesos metabólicos celulares son la base de la unidad y diversidad de los seres vivos.
1. ESTRUCTURA CELULAR COMO PRINCIPIO DE UNIDAD Y DIVERSIDAD DE
LOS SERES VIVOS.
La célula es la unidad anatómica, funcional y de origen de los seres vivos. Es la unidad
anatómica porque todos los seres vivos están formados por células (y sus productos); es la
unidad funcional porque todo lo que son y lo que hacen los seres vivos depende de la función de sus células y de las interacciones con el ambiente; es la unidad de origen porque todos los organismos unicelulares y pluricelulares empiezan su vida como una célula.
Cada célula se caracteriza por su estructura y sus funciones. La estructura es el conjunto organizado de los materiales que la forman; las funciones son las actividades que realiza y que la mantienen viva, y ambas están íntimamente relacionadas.
Dentro de la gran diversidad biológica que existe, se tiene la necesidad de establecer puntos de unidad entre los seres vivos, para así comprender lo que entendemos por sistema viviente.
Podemos hablar de unidad, ya que todos los seres vivos (moneras, protoctistas, hongos, plantas y animales) están constituidos por células y ahora sabemos que toda célula proviene de otra semejante a ella, entonces la vida proviene solo de la vida. Presentan un patrón casi idéntico de reproducción molecular mediante ácidos nucleicos y un código genético. La célula es la unidad estructural básica de todos los seres vivos y está constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (DNA), que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales por sí misma, y son: nutrición, relación y reproducción.
Sin embargo, también podemos decir que existe diversidad, ya que los seres vivos no son iguales entre sí. Desde que apareció la vida en la Tierra, las protocélulas primero y los organismos celulares después, comenzaron a explotar la diversidad de condiciones ambientales. Como consecuencia, adoptaron formas y funciones muy variadas. Actualmente sabemos que existen alrededor de 1,750,000 especies distintas, pero se calcula que este número puede ser mucho mayor, quizá el doble.
A pesar de que la diversidad biológica ha sufrido muchos cambios a lo largo del tiempo, no ha dejado de aumentar. Incluso considerando las extinciones locales y mundiales. El hombre, durante su historia, ha provocado la desaparición de muchas especies y ha puesto a muchas más en riesgo de extinción.
· Transcripción del DNA en el núcleo celular ______________________ · Los genes no siempre son unidades continuas ___________________ · El código genético __________________________________________ · DNA como molécula que guarda información genética _____________ · Presencia de sistema nervioso ________________________________ · Los seres vivos empiezan su vida como una célula ________________ · Presencia de pared celular de celulosa __________________________ · Tipos de alimentación y reproducción ___________________________ · Los seres vivos están compuestos por biomoléculas _______________ · Tamaño en el individuo adulto ________________________________ · Presencia de proteínas ______________________________________
2. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA.
Cuando se estudia la materia, se pueden identificar distintos grados de complejidad estructural y funcional que se conocen como niveles de organización. Actualmente se conocen varios niveles; entre ellos se encuentra el subatómico, que ha sido motivo de investigación en diversas disciplinas científicas, el atómico, el molecular, el celular, el individual, el poblacional y otros superiores a éste.
Cada nivel posterior representa una forma de organización más compleja debido a que integra a los niveles inferiores, por ejemplo, los átomos se unen para integrar moléculas, algunas de las cuales se agrupan y dan lugar a las células, y éstas en conjunto forman tejidos, etcétera. Lo anterior explica por qué se incrementa la cantidad y el tipo de relaciones al pasar de un nivel a otro.
Los niveles de organización biológica, desde el molecular hasta la biosfera, han facilitado el estudio de los seres vivos. A continuación se describen dichos niveles de organización:
Átomo: La partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades del
elemento.
Molécula: Partícula compuesta de uno o más átomos que se mantiene unida por enlaces
químicos; la partícula más pequeña de un compuesto que exhibe todas las propiedades de ese compuesto.
Organelo: Estructura subcelular que se encuentra en el citoplasma de la célula y cumple una
determinada función. Permite la división de trabajo dentro de la célula. Una célula procarionte tiene menos organelos comparada con una célula eucarionte.
Célula: Es la unidad estructural básica de todos los seres vivos, que tiene la capacidad de
realizar las tres funciones vitales por sí misma, y son: nutrición, relación y reproducción.
Tejido: Grupo de células generalmente similares, que en conjunto desempeñan una función
específica.
Órgano: Estructura compuesta por dos o más tipos de tejidos distintos que funcionan
conjuntamente.
Individuo: Cualquier ser vivo organizado.
ACTIVIDAD 2.1. Escribe en la línea según corresponda, la palabra unidad si es un proceso o característica común para todos los seres vivos o diversidad si no lo es.
Población: Grupo de organismos de la misma especie que ocupan un lugar determinado,
que se encuentran en el mismo tiempo y lugar, y que pueden cruzarse, real o potencialmente.
Comunidad: Todas las poblaciones que interactúan dentro de un ecosistema.
Biosfera: Parte de la Tierra y su atmósfera habitada por organismos vivos; incluye
componentes vivos y no vivos.
3. LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS
Elementos. La diversidad de formas, características y conductas que presentamos los seres
vivos es tan grande que podríamos creer que la variedad de elementos que nos componen es igualmente enorme. Sin embargo, los elementos químicos necesarios para que haya vida en la Tierra se reducen a unos cuantos, que son los más ligeros de la tabla periódica. Sólo 30 de los más de 90 elementos que existen en la naturaleza son esenciales para los organismos. De hecho, un poco más del 97 % de las células está constituido por cuatro elementos químicos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno (el clásico CHON, por los símbolos químicos de estos elementos).
Es sorprendente que todos los colores, las estructuras y las habilidades de los seres vivos estén hechos solo de éstos pocos elementos. Pero son los más simples y forman los enlaces más fuertes, que son necesarios para que las biomoléculas sean muy estables y resistentes. Además dichos átomos son capaces de formar uno, dos, tres o cuatro enlaces covalentes con otros elementos.
Los elementos químicos que forman parte de la materia viva reciben el nombre de elementos biogenésicos, la mayoría de estos elementos se combina entre sí para formar compuestos, que pueden ser desde pequeñas moléculas, hasta grandes partículas o
ELEMENTOS QUE PREDOMINAN EN EL CITOPLASMA
ELEMENTO SIMBOLO % DEL TOTAL EN EL
CUERPO HUMANO Hidrógeno H 63.0 Oxígeno O 23.5 Carbono C 9.5 Nitrógeno N 1.4 Calcio Ca 0.31 Fósforo P 0.22 Potasio K 0.057 Azufre S 0.049 Sodio Na 0.041 Cloro Cl 0.026 Magnesio Mg 0.013 Hierro Fe 0.0039 VESTIGIALES (OLIGOELEMENTOS) Zinc Zn 0.00015 Manganeso Mn 0.00002 Cobre Cu 0.00002 Fluor F 0.00001 Yodo I 0.00001 Molibdeno Mo 0.00001 Cobalto Co 0.00001 Selenio Se 0.00001
ACTIVIDAD 2.2. Analiza la siguiente tabla, consulta bibliografía y describe la
importancia de los elementos biogenésicos que constituyen más del 97 % de la materia viva.
macromoléculas. Estos compuestos se clasifican en inorgánicos, cuya estructura carece de ligaduras carbono-hidrógeno, y orgánicos caracterizados por poseer dichas ligaduras.
Biomoléculas. Los compuestos orgánicos son moléculas que contienen uno o varios átomos
de carbono y por lo menos un átomo de hidrógeno. Las moléculas que forman a los seres vivos, es decir, las biomoléculas son muy similares entre sí en estructura y función. De hecho todos los organismos que conocemos contienen proteínas, ácidos nucleicos y todos dependen del agua para sobrevivir.
4. TEORÍA CELULAR
Todos los seres vivos están compuestos por células. Algunos constan de una sola célula, en tanto que otros se forman con millones de ellas. Los primeros conocimientos de la célula se obtuvieron en el siglo XVII, gracias a la creación del microscopio, instrumento óptico formado por una o más lentes.
En 1600, los holandeses Jans y Zacharias Jensen, fabricantes de anteojos, desarrollaron los primeros microscopios de una sola lente, los cuales reciben el nombre de microscopios simples. Años después, el comerciante en telas y aficionado al estudio de las ciencias y por cierto, también holandés, Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), perfeccionó el microscopio simple, con lo cual logró aumentar hasta 200 veces el tamaño de las imágenes. Es así que Leeuwenhoek fue la primera persona en observar pequeños organismos como las bacterias y protozoarios.
El diseño y la construcción de los microscopios se lograron mejorar con el aporte de físicos notables como el alemán Johannes Kepler (1571-1630), éstos ya contaban con dos lentes, por ello se les denominó microscopios compuestos. El científico inglés Robert Hooke (1635-1703) modificó y mejoró el microscopio compuesto e hizo numerosas observaciones con seres vivos. Él cortó una rebanada muy fina de corcho (que es parte de la corteza de algunos árboles como el Alcornoque) y lo examinó en el microscopio. Observó que era poroso y presentaba pequeñas perforaciones, que semejaban un panal de abejas, a las que llamó celdillas o células. Sin embargo, Hooke no logró ver el contenido de las celdillas, debido al escaso aumento de aquellas lentes. Robert Hooke sabía que nadie había visto esas estructuras, que eran parte de los seres vivos. Con sus trabajos se funda por tanto, la rama de la biología que se encarga de estudiar a la célula: la biología celular.
Marcello Malpighi (1628-1694) confirmó la existencia de células en los tejidos
vegetales. Hacia 1824, el botánico francés René Henri Dutrochet (1776-1847), después de observar diversos tejidos animales y vegetales, concluyó que las diferentes partes de los organismos estaban formadas por diminutas células. El científico escocés Robert Brown (1773-1858) descubrió en 1831, la estructura central o núcleo de ciertas células. Años más tarde, Felix Dujardin (1801-1860) propuso que las células no eran estructuras huecas, sino que contenían una masa viscosa homogénea, a la cual llamó protoplasma.
ACTIVIDAD 2.3. Investiga la estructura y función de las biomoléculas: Carbohidratos (monosacáridos, oligosacáridos, polisacáridos), lípidos (con ácidos grasos, sin ácidos grasos), proteínas y ácidos nucleicos (DNA y RNA).
El botánico alemán Matthew Jacob Schleiden (1804-1881), después de hacer una gran cantidad de observaciones en tejidos vegetales, concluyó que todas las partes de las plantas están formadas por células.
En 1839, el zoólogo alemán Theodor Schwann (1810-1882), examinó con el microscopio pequeños cortes de tejidos animales y descubrió células parecidas a las vegetales, con núcleo y una estructura transparente que las limitaba. A partir de los estudios de estos dos últimos, nació la llamada teoría celular. En 1885, el médico alemán Rudolph
Virchow (1821-1902) planteó la hipótesis de que toda célula provenía de otra. Aunque la
teoría celular se atribuye básicamente a Schleiden y Schwann, en realidad fue el resultado del trabajo de muchas personas y sus investigaciones. La teoría celular sostiene lo siguiente:
Todos los seres vivos están formados por células, la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos y todas las células provienen de otras células.
5. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR
Membrana celular
Está constituida básicamente por una doble capa de fosfolípidos en la que hay englobadas o adheridas a su superficie, algunas proteínas con diferente función como transporte y reconocimiento de compuestos químicos. Los fosfolípidos hacen que la membrana se comporte como una barrera aislante entre el medio acuoso interno y el externo, actuando como barreras de permeabilidad selectiva, controlan el paso de sustancias entre la célula y los organelos con el medio, ya sea activa o pasivamente. Ello provoca que las células aisladas se comporten como gotas de aceite suspendidas en agua. Las proteínas en cambio son las que permiten la entrada y salida de sustancias.
ACTIVIDAD 2.4. Completa el siguiente mapa de conceptos, utiliza las siguientes palabras:
Modelo de mosaico fluido
En 1972 los biólogos celulares S. J. Singer y G. L. Nicolson proponen el modelo de mosaico fluido para explicar la estructura de las membranas. Una doble capa de fosfolipidos forma una matriz de “cemento” fluida y viscosa para el mosaico, mientras que una variedad de proteínas son los “azulejos” que pueden desplazarse dentro de las capas fosfolipídicas.
El citoplasma abarca el medio interno líquido de la célula o citosol y una serie de estructuras con forma propia denominadas organelos celulares.
El movimiento a través de las membranas se efectúa mediante transporte pasivo o
activo. Existen considerables gradientes de concentración de iones y moléculas entre un
lado y otro de la membrana plasmática de todas las células porque el citoplasma celular es muy distinto del fluido extracelular. La membrana proporciona dos tipos de movimiento: transporte pasivo y transporte activo.
Durante el transporte pasivo, entran o salen sustancias de la célula bajando por gradientes de concentración. Este movimiento por sí solo no requiere un gasto de energía, pues los gradientes de concentración proporcionan la energía potencial que impulsa y controla la dirección del movimiento, hacia adentro o hacia fuera de la célula.
En el transporte activo, la célula utiliza energía para desplazar sustancias contra un gradiente de concentración. En éste caso las proteínas de transporte sí controlan la dirección del movimiento.
Otras de las funciones de la membrana son la fagocitosis, o ingestión de partículas sólidas y la pinocitosis o ingestión de partículas líquidas.
Una analogía útil para entender la diferencia entre el transporte pasivo y el activo, es un paseo en bicicleta. Si la persona no pedalea, solo puede ir cuesta abajo, como en el transporte pasivo. En cambio, si gasta suficiente energía en pedalear, podrá ir también cuesta arriba, como en el transporte activo.
Fig. 1. Modelo de mosaico fluido para la membrana celular
Ósmosis. Es la difusión de agua a través de una membrana con permeabilidad
selectiva. El agua cruza una membrana del lado donde hay mayor concentración de moléculas de agua libre al lado donde la concentración de agua libre es baja (o bajando por un gradiente de presión, de presión alta a presión baja), por consiguiente las sustancias disueltas reducen la concentración de agua libre en una solución.
Si la solución externa es menos concentrada, el agua penetra en las células hasta que éstas alcanzan su máxima capacidad de retención, a lo que se le llama estado de
turgencia. Cuando se igualan las concentraciones en el exterior y en el interior se alcanza
un estado de equilibrio osmótico durante el cual no entra ni sale agua. Casi todas las membranas plasmáticas son muy permeables al agua.
ORGANELOS CELULARES
El protoplasma constituye una trama o matriz, en la que quedan incluidos los organelos citoplasmáticos, y este conjunto recibe el nombre de citoplasma. Los principales organelos celulares son los siguientes:
SISTEMAS MEMBRANOSOS INTERNOS
Retículo endoplásmico
Está constituido por una red de tubos y canales interconectados y limitados por membranas dobles. Presenta dos modalidades: rugoso o granular y liso o agranular.
El retículo endoplásmico rugoso posee diminutas estructuras adheridas a sus membranas, que son los llamados ribosomas, que participan en la síntesis de proteínas. La forma lisa no presenta ribosomas y abunda en células que sintetizan lípidos. El retículo endoplásmico desempeña funciones muy importantes en la célula, ya que además de la síntesis de proteínas y lípidos, intervienen en la síntesis de las membranas, aumenta la superficie interna de la célula, conduce materiales de una a otra parte del protoplasma y en su interior se llevan a cabo reacciones enzimáticas complejas.
Aparato de Golgi
Es un conjunto especializado de membranas que asemeja una pila de bolsas aplastadas ligadas por otras membranas y vesículas o vacuolas. Se comunica con el retículo endoplásmico (RE). Su actividad se relaciona con funciones de secreción, separa las proteínas y lípidos recibidos del RE según su destino; modifica algunas moléculas, por ejemplo, añade azúcares a proteínas para formar glucoproteínas, empaca estos materiales en vesículas que luego se transportan a otras partes de las células o a la membrana plasmática para ser exportadas; además repara daños en las membranas celulares.
Lisosoma
Estos organelos son vesículas membranosas que actúan como el “sistema digestivo de la célula” por los enzimas que contienen, digieren desde proteínas individuales hasta microorganismos enteros, por lo que destruyen partículas extrañas a la célula; también disuelven las estructuras que rodean al óvulo para permitir la entrada del espermatozoide.
Vacuolas
Son cavidades o vesículas que suelen ser grandes y consisten en una sola membrana que encierra un espacio lleno de líquido celular. Casi todas las células contienen una o más vacuolas, algunas como las vacuolas alimentarias que se forman durante la fagocitosis, son elementos temporales de la célula. Sin embargo, muchas células tienen vacuolas
permanentes que desempeñan papeles importantes en el mantenimiento de la integridad de la célula, sobre todo en la regulación del contenido de agua de la célula.
Mitocondrias
Son pequeñas estructuras esféricas u ovoides presentes en las células eucarióticas y extraen energía de las moléculas de alimento y la almacenan en los enlaces de alta energía del ATP.
Su examen con el microscopio electrónico muestra que cada una está rodeada por una doble membrana que delimita dos espacios: uno intermembranoso y otro interno. Este último está ocupado por la matriz mitocondrial que contiene DNA, ribosomas, gotas de lípidos y pigmentos. La membrana interior presenta numerosos repliegues, cuyas salientes reciben el nombre de crestas. Es aquí donde se lleva a cabo el Ciclo de Krebs, con lo cual se libera la energía necesaria para las funciones celulares.
Fig. 2. Elementos constitutivos de una célula procariota.
Fig. 3. Elementos constitutivos de una célula eucarionte. Tomado de: www.arrakis.com Cloroplasto
Muchas células vegetales contienen plástidos, un tipo general de organelos que se especializan en la fotosíntesis y el almacenamiento. Hay tres tipos comunes en los diversos tejidos vegetales: cloroplastos, cromoplastos y amiloplastos. De todas las células eucariontes, solo las fotosintéticas presentan cloroplastos, los cuales contienen clorofila y otros pigmentos fotosintéticos. Estos organelos utilizan la energía solar para lograr la formación de ATP y NADPH. Posteriormente, estos compuestos se utilizan para ensamblar azúcares y otros compuestos orgánicos.
La mayoría de los cloroplastos tienen forma oval o similar a un disco. Su interior es semilíquido, llamado estroma, se encuentra recubierto por dos capas externas de membrana. Además de las enzimas para las reacciones, los estromas también contienen maquinaria para la síntesis de proteínas procarióticas, incluyendo DNA circular y ribosomas pequeños.
En el estroma existe una membrana interna llamada tilacoidal que forma algo así como un saco o compartimiento único, y se encuentra plegada en discos aplanados e interconectados y a menudo se encuentran apilados (como si fueran monedas, una sobre otra), este apilamiento se llama grana.
Núcleo
En la mayoría de las células eucariontes existe solo un núcleo, aunque pueden existir células multinucleadas, que son poco comunes. El núcleo es la estructura más sobresaliente de las células (ya que es quien dirige todos los procesos) y con excepción de los glóbulos rojos de la sangre de los mamíferos, todas las células eucariontes presentan un núcleo. El núcleo está organizado en diversas estructuras con determinada función, las más destacadas y por ello conocidas son la envoltura nuclear, la cromatina y el nucleolo.
El núcleo varía en su forma y tamaño dependiendo de la etapa del ciclo en el que se encuentre la célula, así se pueden reconocer dos formas características: en interfase y en división.
SISTEMAS NO MEMBRANOSOS
Ribosomas
Los ribosomas son estructuras globulares carentes de membrana fosfolipídica y están constituidos por algunas proteínas que se asocian a una gran concentración de ácido ribonucleico ribosomal (RNAr) proveniente del nucleolo en el núcleo. En la célula se localizan adheridos al retículo endoplásmico rugoso, a la envoltura nuclear o bien pueden encontrarse libres en el citosol.
Están conformados por dos subunidades: una pequeña y otra mayor. Las dos se encuentran separadas, pero se unen cuando desarrollan su función de síntesis de proteínas.
Los ribosomas comienzan con el proceso de síntesis de proteínas a partir de la información que reciben del RNA mensajero (RNAm) proveniente del núcleo. Una vez terminada la síntesis, las subunidades se separan.
Síntesis de proteínas.
Las proteínas constan de cadenas polipeptídicas de aminoácidos. Cada secuencia de aminoácidos corresponde a un gen, que es una serie de bases nitrogenadas de los nucleótidos en la molécula de DNA. La trayectoria que conduce de los genes a las proteínas consta de dos pasos, llamados transcripción y traducción:
DNA transcripción RNA traducción PROTEÍNA
Durante la transcripción, la doble cadena de DNA se abre en la región donde se encuentra el gen y después se ensambla una molécula de RNA sobre las bases expuestas en una de las cadenas patrón. Para la traducción se emplean tres tipos de RNA: el mensajero (RNAm), de transferencia (RNAt) y ribosomal (RNAr). Durante la traducción los aminoácidos son unidos de manera secuencial para formar una cadena polipeptídica en la secuencia especificada por el RNAm. El RNAt suministra los aminoácidos, uno a la vez, al sitio de construcción. El RNAr cataliza la reacción de construcción de la cadena polipeptídica.
La síntesis de proteínas se inicia en el__________ celular, donde a partir de una molécula de DNA que es abierta en un sitio específico, se sintetiza una molécula de_________________. En este proceso participan algunas enzimas cuya función es desdoblar a la molécula de DNA, cortar los enlaces y pegar al __________. Esta molécula recién formada aún no es funcional, por lo que tiene un proceso de edición o ___________, en el cual se cortan secuencias de nucleótidos que no codifican para formar una proteína, y que sin embargo, tienen una función en el núcleo, y son los llamados____________y por el contrario, las secuencias que se juntan y salen del núcleo se llaman______________, formando ahora un transcrito maduro de RNAm. El proceso completo de formación de esta molécula se denomina ____________________.
Posteriormente esta molécula viaja hacia el_____________donde se ensambla con un organelo formado por dos subunidades llamado__________. Es aquí donde se lleva a cabo la lectura del mensaje y la formación de una proteína, proceso llamado_______________. En el RNA mensajero existe una secuencia de tres bases nitrogenadas llamada_________, cuya lectura la realiza una molécula que tiene como función llevar los aminoácidos respectivos de acuerdo al mensaje interpretado, y que posee un complemento a la información de dicho triplete llamado_____________, esta molécula complementaria tiene el nombre de________________________.
El mensaje no se lee por medio de un sólo ribosoma, sino que se realiza mediante un sistema llamado___________________. Una vez leído todo el mensaje, la proteína formada no es aún funcional, por lo que puede pasar a____________para tener un proceso de maduración y ser empaquetada para su distribución al sitio donde sea necesaria o puede quedar en citoplasma.
Conceptos:
núcleo, retículo endoplásmico rugoso, traducción, RNA mensajero,
RNA de transferencia, codón, anticodón, splicing, intrones, exones, transcripción, poliribosomal, RNA polimerasa, citoplasma, ribosoma.
DNA:
ATGTGCGGCCTATGATATCCAATGAGGGCTTCAACTAGGGGCTATAGCAGTTGTAAACCGTGA RNAt (anticodón):
RNAm (codón):
NOMBRE DE LOS AMINOÁCIDOS (abreviatura):
Fórmula química de la proteína:
ACTIVIDAD 2.6. Completa la siguiente secuencia de bases nitrogenadas para la síntesis de una
proteína modelo.
ACTIVIDAD 2.5. Completa los espacios vacíos según corresponda, con los conceptos
Citoesqueleto
Es una estructura que aparece únicamente en las células eucariontes. Está formado por una red de filamentos de distintas proteínas que se encuentran en todo el citoplasma ocupando el interior de las células animales y vegetales. Actúa como armazón para la organización de la célula, la fijación de organelos y enzimas además de transportar moléculas de una zona a otra y es responsable de muchos de los movimientos celulares y del desplazamiento celular ya que llega a formar pseudópodos para éste propósito. Los microtúbulos y filamentos son fundamentales para la reproducción celular, ya que en las células animales los microtúbulos forman una estructura llamada centríolo, que participa en la formación del huso para la división nuclear. Cada célula contiene normalmente dos centríolos.
El citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que cambia constantemente dependiendo del entorno y de las necesidades celulares.
Cilios y flagelos
Están formados por moléculas del citoesqueleto. Los cilios permiten atraer el alimento formando turbulencias en la periferia celular y los flagelos la locomoción. Ambos son prolongaciones citoplasmáticas que se sitúan en la superficie celular y tienen la característica de que son móviles.
Los cilios y flagelos tienen una estructura denominada 9 + 2 (el axonema) consistente en nueve pares externos de microtúbulos con dos centrales sencillos, encerrados en una prolongación de la membrana plasmática, con lo cual se forma una especie de látigo, que como se ha mencionado sirve para dar movimiento.
( ) Constituyente importante de las membranas celulares 1. difusión ( ) Subunidades de las proteínas 2. R. E. Liso ( ) Es considerado el “sistema digestivo” celular 3. aminoácidos ( ) Fuente de energía celular (molécula energizada) 4. mitocondria ( ) Fuente de energía celular (molécula desenergizada) 5. Aparato de Golgi ( ) Proporciona flexibilidad y rigidez a la membrana 6. R. E. rugoso ( ) Es ahí donde se sintetizan proteínas 7. fosfatidiletanolamina ( ) Sintetiza algunos lípidos 8. lisosomas
( ) Libera los paquetes llamados lisosomas 9. ATP ( ) Los aminoácidos presentan un grupo amino y otro… 10. nucleótido ( ) Contiene a la clorofila en el cloroplasto 11. pared celular ( ) Es una forma de transporte pasivo a través de la célula 12. DNA y RNA ( ) Es una diferencia entre célula vegetal y animal 13. carboxilico (ácido) ( ) Es un organelo transformador de energía 14. colesterol
( ) Es constituyente del citoesqueleto 15. microtubulos ( ) Ácido nucleico que contiene información genética 16. RNA ( ) Ácido nucleico que “copia” información genética 17. DNA ( ) grupo fosfato + azúcar (pentosa) + base nitrogenada, es un: 18. ADP ( ) En el RNA la Timina es sustituida por: 19. uracilo ( ) La base nitrogenada Guanina está presente en: 20. tilacoide
ACTIVIDAD 2.7. Relaciona ambas columnas anotando en el paréntesis el número correspondiente.
· La membrana es una bicapa fosfolipídica, con proteínas y carbohidratos que permiten el intercambio de materiales ( )
· Dos de las funciones específicas de la membrana son realizar la fotosíntesis y la respiración ( )
· Las proteínas de la membrana pueden funcionar como transportadores de materiales más grandes que los poros ( )
· El transporte activo se realiza a través de poros sin gasto de energía ( ) · El transporte pasivo se realiza a través de poros sin gasto de energía ( )
· Una de las funciones de los carbohidratos en la membrana celular es el reconocimiento celular ( )
· En el citoesqueleto encontramos proteínas de tres tipos y sirven para desplazamiento de elementos celulares ( )
· En la mitocondria se lleva a cabo la conversión de energía química en Trifosfato de Adenosina, ATP ( )
· El aparato de Golgi tiene entre otras funciones, la de madurar algunas proteínas ( ) · En el nucleolo se fabrican los ribosomas ( )
· En la fase oscura de la fotosíntesis se producen moléculas energética (ATP’s, NADPH2) para
ser usados después en la fase luminosa ( )
· En la fotofosforilación acíclica se libera un electrón, pasa por tres transportadores de electrones y forma dos moléculas de ATP y se rompen moléculas de agua ( )
· La respiración anaerobia es menos eficiente que la aerobia y se producen 2 ATP’s( ) · El retículo endoplásmico, el cloroplasto y el aparato de Golgi son estructuras membranosas
( )
6. TIPOS CELULARES
Existen dos tipos celulares entre los seres vivos: los que carecen de núcleo y poseen el DNA en el citoplasma conocidos como procariontes, y los que presentan un núcleo, el cual contiene el material genético que organiza todas las funciones de la célula, llamados
eucariontes. Ambos tipos presentan membrana plasmática, citoplasma y material genético
como una generalidad.
Procariontes
Las células procariontes (pro = antes de, karyon = núcleo) no contienen un núcleo delimitado por una membrana. Son células pequeñas, limitadas por la membrana celular y tienen un diámetro de 1 a 10 micras en promedio; pueden presentar una forma esférica, ovoide, de bastón o espiralaza. El DNA, material hereditario, se encuentra disperso en el citoplasma, que carece de organelos celulares; los procesos químicos que permiten el desarrollo y crecimiento de estas células ocurren en el citoplasma. Las células del reino monera son procariontes, son ejemplo típico las bacterias (ver fig. 2)
Eucariontes
Las células eucariontes (eu = verdadero, karyon = núcleo) presentan un núcleo celular delimitado por una membrana ahí se encuentra el DNA. Están limitadas por una membrana celular y miden más de 20 micras. En el citoplasma de las células eucariontes se ubican diversos organelos. Presentan células eucariontes todos los protoctistas, hongos, plantas y animales (ver fig. 3).
ACTIVIDAD 2.8. Conteste falso (F) o verdadero (V), según corresponda. Si contestas falso argumenta.
7. METABOLISMO CELULAR
Es el conjunto de las diversas reacciones químicas, con los subsecuentes cambios energéticos que se llevan a cabo en las células vivas, y presenta dos modalidades: catabolismo y anabolismo.
Catabolismo
Consiste en el desdoblamiento o degradación de moléculas grandes hasta convertirlas en pequeñas. En este proceso se libera energía almacenada en los enlaces de ATP. Existen dos tipos de metabolismo:
Metabolismo autótrofo: es el que llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento.
Metabolismo heterótrofo: este tipo de reacciones las llevan a cabo los organismos incapaces de producir su propio alimento.
Como ejemplo de catabolismo puede mencionarse la desintegración de la molécula de glucosa durante los procesos respiratorios, hasta convertirla en dióxido de carbono, agua y energía:
Anabolismo
Comprende la elaboración o síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples, para lo cual se necesita aporte energético. Ejemplos de este proceso son la síntesis de carbohidratos durante la fotosíntesis y la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.
Todas las transformaciones de las moléculas tienen dos funciones principales: 1) proporcionar a las células, tejidos y órganos, todos los materiales que necesitan para llevar a cabo sus funciones, la más importante la renovación constante de sus propias moléculas. 2) obtener diferentes formas de energía para mantener las funciones vitales.
PROCARIONTES EUCARIONTES
Células generalmente pequeñas de 1-10 m, las más complejas morfológicamente son las filamentosas (cianobacterias).
Material genético rodeado por una membrana (con núcleo).
División celular directa normalmente por fisión binaria. No hay centríolo o huso mitótico.
Presencia de importante movilidad intracelular. Sexualidad ausente en la mayoría de las formas cuando la hay, consiste
en una transferencia unidireccional de un donante a un receptor. Mitocondrias ausentes, enzimas para la oxidación de las moléculas orgánicas ligadas a la membrana celular. Enormes diferencias en los esquemas metabólicos en el conjunto del grupo.
Todas las formas son aerobias (las
excepciones son adaptaciones secundarias). Cuando hay fotosíntesis, las enzimas necesarias no están empaquetadas
en plastos, la fotosíntesis puede ser anaerobia y aerobia (depósitos de azufre y liberación de oxígeno)
Flagelo bacteriano simple, cuando existe (proteína: flagelina).
Ribosomas 80S
ACTIVIDAD 2.9. Completa el siguiente cuadro con las diferencias entre células procariontes y eucariontes.
