Cien 10 u5 otros modulos

Unidad 1er aĂąo de bachillerato

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Estructura y función dede los seres vivos Ciencias Naturales Ciencias Naturales •

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Introducción

La célula es la unidad estructural y funcional de la vida, entonces el protoplasma es la materia fundamental de todos los seres vivos en sus complejas y variadas

manifestaciones.

En esta unidad puedes expresar tus conocimientos previos acerca de las características, estructuras y funciones de los seres vivos; la célula, su anatomía y fisiología; como se reproducen y realizan funciones importantes (fotosíntesis y respiración); reacciones químicas que las explican y, además, reflexionar sobre tu árbol genealógico para comprender la transmisión de caracteres hereditarios a los descendientes; identificar los cromosomas como estructuras esenciales, número definido de los mismos según la especie; funciones específicas de los ácidos nucleicos; luego reflexionar sobre la reproducción como el mecanismo en que se sostiene la vida y capacita al organismo del individuo para mantenerse y

perpetuarse.

Se requiere un conocimiento correcto de la fisiología reproductiva para tomar con seriedad, normalidad y responsabilidad tus decisiones y acciones para evitar

consecuencias negativas en tu salud.

En la fundamentación teórica debes leer detenidamente, subrayar ideas básicas y relacionarlas con los dibujos, esquemas y cuadros. Observa que las palabras importantes del texto son más negritas, responden a la esencia de la temática y alrededor de ellas se plantean las preguntas. Es recomendable estudiar un párrafo, luego el siguiente para encontrar la secuencia y lo relevante del contenido,

éste se complementa con las actividades y reflexiones que debes realizar.

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• Módulo 5

Objetivos Objetivo general

Conocer las características, origen y estructura de los seres vivos, así como su capacidad para captar y transformar energía, a la vez transmitir caracteres hereditarios. Adquirir ese conocimiento a través de una fundamentación teaórica, sencilla, accesible y breve, de ilustraciones adecuadas; para que te ubiques como individuo en un ecosistema y como persona en la sociedad y lograr tu mayor

valoración y autoestima.

Objetivos específicos

• Reflexionar sobre el origen y características de los seres vivos, estructura y funciones de la célula, tejidos, órganos y sistemas por medio de fragmentos teóricos, esquemas y cuadros para fijar ideas básicas, procedimientos fáciles y logres demostrar comportamientos apropiados y concientes ante la naturaleza.

• Comprender la importancia de la luz solar en los seres vivos, en la producción de compuestos de los vegetales, obtención y liberación de energía, así como los procesos químicos que explican ese metabolismo para que tengas una

actitud científica ante los demás.

• Identificar las estructuras fundamentales donde se archiva la herencia a través de ilustraciones y explicaciones para expresar las propiedades distintivas del material genético y del ADN; reflexionar sobre la conducta en la paternidad y

la maternidad, según sea tu rol en la sociedad.

Ciencias Naturales •

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Mapa conceptual

Estructura y función de los seres vivos

Seres vivos

Origen, características y estructura

Captan y transforman energía

Fotosíntesis

Transmiten caracteres hereditarios Cromosomas y genes

ADN y ARN La célula, sus partes y funciones

Tejidos, órganos y sistemas

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Respiración

Herencia humana Salud y reproducción

• Módulo 5

Seres vivos Objetivo Reflexionar sobre el origen y características de los seres vivos, estructura y funciones de la célula, tejidos, órganos y sistemas, por medio de fragmentos teóricos, esquemas y cuadros para fijar ideas básicas, procedimientos fáciles y

logres demostrar comportamientos apropiados y concientes ante la naturaleza.

Origen, características y estructura Origen ¿Has visto un desierto en alguna película?, ¿te pareció desolado, inhóspito, candente, sin vida?... pero sí hay vida, son especies adaptadas a esas condiciones de sequedad y calor. ¿Te has preguntado si la tierra sería antes toda como un desierto?, ¿cómo serían las primeras plantas?

Ante la dificultad para responder esas interrogantes, desde la antigüedad los investigadores han planteado teorías buscando respuestas.

Hipótesis y teorías que tratan de explicar el origen de la vida 1. Hipótesis creacionista 2. Hipótesis de la generación espontánea 3. Hipótesis del gen 4. Teoría de Oparin 5. Experimento de Millar-Urey Tienes aquí la descripción breve de las primeras hipótesis

Ciencias Naturales •

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1. Hipótesis creacionista Según la Biblia, el libro más leído en todo el mundo, en el Génesis dice: “Dios creó los cielos, la luz y la expansión de las aguas; luego, separó los mares de la

tierra seca.

Enseguida, creó la hierba, árboles que dan fruto según su género, también creó el sol, la luna y las estrellas, y así, separar el día de la noche”. “Después, creó los seres vivos del agua, las aves y los demás seres vivos que habitan la Tierra, les ordenó que se multiplicaran, en el día sexto, creó al hombre y la mujer.; por

último, bendijo el día séptimo, que fue para descansar”.

2. Hipótesis de la generación espontánea En otra línea de pensamiento, aceptan que insectos, gusanos, e incluso peces, aves y ratones, no sólo podían nacer de otros animales semejantes; sino también, surgir directamente, generarse de un modo espontáneo a partir del fango, estiércol, la tierra u otros materiales inanimados. Esta creencia fue aceptada por mucho tiempo. Siempre que el humano se encontraba ante la generación repentina y masiva de seres vivos, lo consideraba como una prueba de la generación

es-pontánea de la vida.

3. Hipótesis del gen3. Hipótesis del gen Los genes: partículas de una sustancia especial concentrada en los cromosomas del núcleo celular, son portadores de la herencia y de todas las demás propiedades de la vida. Según los autores de esta hipótesis, la molécula del gen surge casualmente, en conjunción de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Según esta teoría tuvieron que existir el metano (CH4) como fuente de carbono; el amoníaco (NH3) como fuente de nitrógeno; y el agua (H2O) como fuente de oxígeno e hidrógeno; además, presencia de electricidad y temperatura

(de 0ºc a 100ºc.) y otras condiciones para la multiplicación del gen.

4. Teoría de Oparin A. Oparin, en su libro El Origen de la Vida, reporta que otro científico, el ruso V. Komarov en su libro El Origen de las Plantas, afirma: la única teoría científica

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• Módulo 5

sobre el origen de la vida es la teoría bioquímica, convencido que su aparición fue una de las etapas sucesivas de la evolución de la materia, de compuestos ricos en carbono, nitrógeno, oxígeno y fósforo como base para la formación de sustancias orgánicas que originaron hidrocarburos en la superficie de la tierra.

Posteriormente, estos hidrocarburos dieron origen a derivados oxigenados y nitrogenados y se convirtieron en las substancias orgánicas más simples en las aguas del océano primitivo, esas substancias formaron cuerpos más complejos; aparecieron las proteínas y otras substancias análogas. Así fue como se formó el material del que están constituidos los animales y los vegetales. Al principio, este material se hallaba simplemente disuelto, pero después se separó, formando los coacervados. Los coacervados primitivos tenían una estructura relativamente sencilla, pero poco a poco se fueron produciendo en ellos cambios esenciales. Se fueron haciendo cada vez más complicados y su estructura cada vez más perfecta, hasta que por fin, se convirtieron en seres vivos primitivos, progenitores de todo

lo vivo en la Tierra.

carbono azufre oxígeno hidrógeno

Océanos primitivos donde se formaron los coacervados que fueron las primeras formas de vida que han existido

Ciencias Naturales •

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¿Qué opinas de esas teorías? Pero fíjate que la búsqueda continúa. Para la ciencia y ya en el segundo milenio después de Cristo, no se conoce con precisión cómo y cuándo apareció

la vida en la Tierra.

Expresa tus ideas y exponlas ante tus compañeros/as.

Lo que sí está definido es que los seres vivos (animales, vegetales o intermedios como los virus) están formados a partir de seis elementos básicos (N)

Carbono (C) Hidrógeno (H)

Nitrógeno(N) Azufre (S) (P)

Oxígeno

(O)

Fósforo

(P)

Quiero investigar sobre el origen de la vida

Características de los seres vivos Casi siempre se emplea el término

organismo para designar cualquier ser vivo,

vegetal o animal. Es fácil darte cuenta que un ser humano, un cedro, un clavel o un

torogoz, son vivos, en tanto que las rocas o el carbón, son minerales e

inertes; pero es difícil determinar si tienen vida algunos seres como los virus.

Para definir la materia fundamental de la vida, se debe examinar organismos sencillos como amebas o levaduras, en los cuales, la sustancia viva o protoplasma se puede observar fácilmente por el microscopio y permite conocer toda la

complejidad de organismos celulares que realizan una función.

En relación a las características que separan los seres vivos de los no vivientes,

es importante, comprender las bases químicas y físicas de cada uno.

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• Módulo 5

Características de los seres vivos: su organización, metabolismo, movimiento, irritabilidad, crecimiento, reproducción y adaptación.

Los virus presentan algunas de las características de los seres vivos; pero no todos, por lo que resulta difícil determinar si tienen o no vida.

Organización específica Cada tipo de organismo se identifica por su aspecto y forma característica. Los adultos de cada especie tienen su

propio tamaño, en tanto las cosas sin vida

generalmente presentan formas y tamaños muy variables.

Los seres vivos

no

son homogéneos, sino, formados por diferentes partes, cada una con funciones específicas; por ejemplo, se caracterizan por su organización específica compleja.

La unidad estructural y funcional de vegetales y animales es la célula, fragmento de vida más sencillo que puede vivir con independencia. Los procesos de todo el organismo son la suma de las funciones coordinadas de sus células constitutivas.

Estas unidades celulares varían considerablemente en tamaño, forma y función.

Metabolismo

Se llama así a la suma de actividades químicas de cada célula que permiten su crecimiento, conservación y reparación, en la totalidad del organismo.

Todas las células cambian constantemente por adquisición de nuevas substancias a las que modifican químicamente por mecanismos diversos, por formación de materiales celulares nuevos y por transformación de la energía potencial, representada por las grandes moléculas de carbohidratos, grasas y proteínas en energía cinética y calor, al desdoblarse estas substancias en otras más sencillas.

En el metabolismo se encuentran las fases anabolismo y catabolismo.

En el

anabolismo o anabolia,

los vegetales producen sus propios compuestos

orgánicos a partir de sustancias sencillas y orgánicas del suelo y del aire.

En el catabolismo o catabolia, se da el desdoblamiento de sustancias complejas, con liberación de energía. Lo efectúan los animales que se alimentan de las

plantas.

Ciencias Naturales •

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Movimiento Es otra característica de los seres vivos. Es la posibilidad de poder desplazarse: ondulan, corren, vuelan, nadan, reptan. El movimiento de los vegetales es mucho más lento y difícil de observar; pero existe, por ejemplo el fototropismo, geotropismo, movimiento de la savia dentro de los tejidos. El movimiento de algunos animales puede resultar de la contracción muscular, agitación de

proyecciones celulares (cilios, flagelos, seudópodos).

movimiento ameboideo

movimiento de un metazoario

Irritabilidad Los seres vivos son irritables, por lo que responden a estímulos y cambios físicos o químicos del medio. Los estímulos que pueden producir una respuesta en casi todas las plantas y animales, son cambios de color, intensidad o dirección de la luz, variación de temperatura, presión o sonido y cambios de la composición química de la tierra, el agua o el aire a su alrededor. En el hombre y otros animales superiores, algunas células del cuerpo están muy especializadas: los bastones y conos de la retina, responden a la luz, algunas células de la nariz y los botones gustativos de la lengua, a estímulos químicos; y las células especiales

de la piel, a cambios de temperatura y presión.

En algunas plantas, la irritabilidad puede manifestarse cerrando los bordes de las hojas al contacto con un cuerpo extraño. Existen plantas que pueden atrapar

insectos.

Crecimiento El crecimiento, que es el aumento de masa celular, puede producirse por el tamaño de las células o su cantidad. El aumento de tamaño de la célula puede deberse a simple ingestión de agua, pero este aumento de volumen no suele

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• Módulo 5

considerarse como crecimiento. El término crecimiento sólo debe aplicarse a los casos en que aumenta la cantidad de sustancia viva en el organismo, medida por

el nitrógeno o las proteínas presentes.

El crecimiento puede ser uniforme o mayor en unas partes, de modo que las proporciones del cuerpo cambian durante el crecimiento. Algunos organismos

(por ejemplo, casi todos los árboles) crecen hasta su muerte.

Reproducción Es la característica más relevante de los seres vivos porque la vida solo procede de la vida;

¿pero qué te parece? hasta los virus pueden reproducirse y sufrir

mutaciones.

En la mayoría de animales y vegetales, requiere la producción de espermatozoides y óvulos que se unen para formar el huevo fertilizado (cigoto), de donde se desarrolla el nuevo organismo. La reproducción de algunos parásitos es de forma diferente; cada una da lugar a la siguiente, hasta que se completa el ciclo y apa-

rece el adulto.

Ciencias Naturales •

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Adaptación Es la propiedad de plantas o animales para adaptarse a su medio y resistir los cambios del mismo.

Los seres vivos se consideran sistemas abiertos Un sistema es un conjunto de elementos en interacción dinámica organizados para un mismo fin. Un sistema abierto está en relación permanente con su entorno, ejemplo: la relación de todo ser vivo con el ecosistema (intercambia energía, materia, es decir, permite el ingreso y salida de energía sin perder el

equilibrio).

¿Crees que un ser vivo necesita diferentes tipos de energía? Si tu respuesta es sí, estás en lo correcto porque ése es el fin de un sistema abierto para mantener estable la organización y cumplir las leyes de la física y química.

Estructura y organización de

los seres vivos El nivel de organización más fino de los seres vivos es el químico-físico, según el cual la materia viva se constituye de

moléculas formadas por átomos.

(revisar

unidad cuatro).

Las moléculas

pueden definirse entonces, como un conjunto de átomos unidos

por medio de enlaces químicos que buscan formar una sustancia con características propias. Por lo tanto, la menor cantidad de materia que puede existir es la

molécula.

En los seres vivos, las de mayor importancia son las precursoras de la vida, es decir, las

biomoléculas. Entre éstas, podemos mencionar los azúcares, las

proteínas, las grasas y los ácidos nucleicos. Se cree que los océanos primitivos brindaron las condiciones precisas y necesarias para que estas moléculas se

organizaran entre sí y dieran origen a los primeros seres vivos.

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• Módulo 5

En la actualidad, la combinación de las biomoléculas en una forma muy compleja y organizada, constituye la unidad estructural de los seres vivos: la célula.

La vida existente en la biósfera está organizada en niveles: átomo nivel molecular nivel celular comunidades y poblaciones ecosistema biósfera

individual multicelular

La célula, sus partes y funciones ¿Qué es más grande, una célula o una molécula? ¿Te parece importante estudiar lo que no se ve a simple vista?

La célula es la unidad básica de la vida, la constituyen miles de moléculas y en su mayoría son microscópicas.

¿Sabías que a veces lo que no se ve es lo que puede enfermarte? Las enfermedades más resistentes y graves son producidas por bacterias y virus. Las bacterias son células al igual que la estructura funcional y anatómica de tu organismo.

El descubrimiento de la célula y el conocimiento de toda su fisiología, ha permitido conocer muchísimos aspectos de la vida y su proceso. Todo esto ha sido posible a un lento y largo proceso acumulativo de investigación, en el cual han intervenido muchos hombres y seguramente mujeres de ciencia, de quienes hemos heredado

sus descubrimientos.

Uno de los más grandes investigadores en este campo, sin duda fue Antonio Van

Leeuwenhoek.

Este señor de nacionalidad holandesa, vivió de 1632 a 1723, ideó la manera de fabricar y pulir lentes de gran calidad, con los que construía pequeños aparatos que hoy conocemos como microscopios simples o lupas.A través de su lente, pudo ver un mundo de seres vivientes, tan pequeños, que resulta imposible

verlos a simple vista.

Así, Leeuwenhoek había descubierto la vida microscópica en el agua, convirtiéndose en el primer humano que se asomaba al mundo de los microbios.

Ciencias Naturales •

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El ingles Roberto Hook, en 1665 fabricó un microscopio completo y eficiente, observó una lámina de corcho y en su descripción usó el término

célula

por el

parecido a las celdas de un panal de abejas.

A Hook se le atribuye el descubrimiento de la célula aunque no las vio realmente, sino los espacios donde las hubo. Pero su descubrimiento sirvió de base a las

investigaciones de otros científicos.

Anatomía y fisiología celular ¿Cómo crees que se reproducen las células? ¿Con qué facilidad te cicatrizan los golpes y heridas?

Toda célula funciona como una fábrica, capaz de prestar todos los servicios y

hacer los productos necesarios para la continuación de la vida.

En determinados casos, puede ser como una fábrica especializada, en donde se realiza un solo tipo de trabajo, tal es el caso de células especializadas como las células nerviosas (neuronas) para la comunicación; las musculares, para el

movimiento; el óvulo y el espermatozoide, para la fecundación.

No obstante, cualquiera que sea su naturaleza, una célula igual que una fábrica, necesita de una organización eficaz para realizar el complejo trabajo que a nivel

de cada célula se realiza.

Seguramente te parecerá sorprendente, que las células a pesar de su gran variedad de formas, tamaño y funciones, compartan muchos rasgos comunes.

Por eso se considera que su forma y función, son fenómenos biológicos inseparables; pero no existe una célula que puedas considerar como representativa de

todas, cada célula o tipo de ellas, es única.

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• Módulo 5

Célula vegetal

Célula Animal

Ciencias Naturales •

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Nombre del organelo membrana celular

Función protege a la célula y permite el paso de sustancias útiles

citoplasma

contiene todos los organelos celulares

mitocondria

participa en la síntesis energética

retículo endoplasmático

colabora con las funciones del núcleo

núcleo

mantiene la información genética

nucleolo

participa en la síntesis de ácidos ribonucleicos

membrana celular

protege el núcleo y regula la entrada de sustancias

cuerpo de Golgi

almacenamiento de líquidos

cromosomas

contiene los genes

pares celulares (célula vegetal)

permite el sostén del organismo vegetal

cloroplastos y otros plastidios

participan en la fotosintesis, absorbiendo luz solar

Cada organelo celular cumple funciones específicas que implican procesos bioquímicos complejos.

Las células eucarióticas o verdaderas, son las que tienen núcleo y pertenecen a los organismos generalmente pluricelulares; las células procarióticas carecen de núcleo, los cromosomas están libres en el citoplasma y se encuentran en las

bacterias y en algas verde-azuladas

Células sanguíneas. ¿Eucarióticas o procarióticas?

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• Módulo 5

Tejidos, órganos y sistemas ¿Qué has escuchado sobre la fecundación? ¿Qué es un embrión?, ¿qué es un feto?

Probablemente tengas una respuesta correcta; pero descubrirás algo más a continuación.

Tú procedes de una sola célula: el óvulo fecundado que resulta de la unión del espermatozoide con el óvulo. Después de la fecundación, se inicia un dinámico proceso de división celular, dando origen a los primeros tejidos embrionarios que incluyen el desarrollo de la mórula y la blástula. La gástrula es la estructura

que define y orienta el desarrollo de los futuros tejidos y órganos.

Óvulo femenino y espermatozoides en acción

El embrión

se convierte en

feto,

continúa desarrollando y madurando tejidos,

órganos y sistemas. El nuevo ser humano, aún después de su nacimiento, termina de desarrollar órganos como la vista, el intestino y otras estructuras del cuerpo.

Puedes resumir y dibujar así el proceso Espermatozoide + óvulo óvulo fecundado gástrula embrión feto bebé Ciencias Naturales •

mórula

blástula

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Cada etapa del proceso, es una conquista en el desarrollo de la niña o niño en formación, y demanda cuidados especiales durante los primeros tres meses, que

desde luego recibe de sus padres.

Una sola célula originó tejidos, órganos y sistemas del cuerpo humano.

Reflexión: analiza la importancia del derecho a la vida, con tus compañeros/as.

Diferenciación y especialización de las células Hay células de protección (la piel), de percepción del medio (los sentidos), transporte de alimentos (tubo digestivo), para la reproducción (células sexuales) Existen innumerables variedades en tamaño y forma celulares. En el caso de los animales, se clasifican según se refieran a la morfología (forma) o a la función

que desempeñan.

1. Clasificación morfológica o estructural Según el mayor o menor grado de diferenciación de la célula o abundancia y

consistencia de sustancias intercelulares.

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• Módulo 5

tejido epitelial (escasa sustancia intercelular) tejidos linfático, sanguíneo (abundante sustancia intercelular líquida) tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo (sustancia sólida abundante) tejidos muscular y nervioso (células muy transformadas)

2. Clasificación funcional de los tejidos Según la función o funciones que desempeñan tejido epitelial (revestimiento, elaboración e intercambio) tejidos óseo y cartilaginoso (de sostén) tejidos linfático, sanguíneo y hemolinfático (circulación y nutrición) tejido muscular y nervioso (movimiento y relación)

Reflexiona sobre este resumen Un tejido es una organización o conjunto de células que funcionan juntas para cumplir una actividad especializada. Así, por ejemplo, algunos tejidos determinan el movimiento de sus partes, otros transportan los alimentos a través de los órganos corporales. Algunos tejidos protegen y soportan el cuerpo y otros funcionan produciendo sustancias químicas como enzimas y

hormonas.

Los órganos: son el nivel de organización que forman los tejidos.

Un órgano está formado por una reunión de tejidos que cumplen una función específica. Por ejemplo: el corazón, los ojos, el estómago, el intestino, etc.

El conjunto de órganos afines forman un sistema, ejemplo: el sistema digestivo, respiratorio, muscular y otros que forman el cuerpo humano y animales

multicelulares.

El conjunto de sistemas conforman al organismo, que puede ser hombre o mujer,

para el caso humano.

¿Cuáles son los niveles de organización que puedes diferenciar?

Ciencias Naturales •

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células

tejidos

órganos

sistemas

organismo

Tejido vegetal El desarrollo embrionario de los vegetales, comienza por la fusión del gameto masculino (anteorozoide) con la oósfera (gameto femenino), para formar el cigoto, que al desarrollarse constituye el embrión. El desarrollo del embrión varía, según

se trate de vegetales inferiores o superiores.

En los vegetales superiores, el microgameto está representado por un anterozoide que se produce por división del núcleo germinativo del grano de polen; el gameto es la oósfera encerrada en el saco embrionario del óvulo. Al caer el grano de polen sobre el estigma o sobre el micrópilo del óvulo, germina, produciendo el tubo polínico, en cuyo interior se deslizan los dos anterozoides, que se forman por división del núcleo germinativo. Cuando el tubo polínico penetra en el saco embrionario, uno de los anterozoides se conjuga con la oósfera, determinando la

formación del cigoto.

El cigoto rodeado de una membrana celulósica forma la primera célula de la

planta.

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• Módulo 5

El embrión está formado, al principio, por un conglomerado de células semejantes que poco a poco se van diferenciando y aparecen los órganos de la futura planta: radícula, talluelo y plúmula. Así, permanece latente el embrión encerrado en la semilla, hasta que por germinación de la misma, continúa el desarrollo hasta el

estado adulto.

El crecimiento de la planta se produce a expensas de una o más células iniciales en la extremidad del tallo y de raíz (conos vegetativos),

donde se forman los

meristemos o tejidos de crecimiento.

En los vegetales más sencillos, todo el cuerpo del vegetal consta de una célula o una colonia de células análogas (vegetales acuáticos).

En los vegetales de organización compleja (terrestres), se establece una del trabajo

división

entre las distintas células, lo que origina tejidos especializados y los

órganos del vegetal están constituidos por diferentes clases de célula en una

considerable variación de tamaño, forma y características generales.

Epidermis de dicotiledónea, corte transversal, con gruesa cutícula.

Phytolacca dioica

Otros tejidos vegetales son: parénquima, colénquima, esclerénquima, floema y

xilema.

Entre la epidermis superior y la inferior de una hoja, se encuentra el mesófilo y aquí está ubicado el parénquima, representado por células de paredes delgadas

y están presentes en hojas, tallos, flores y frutos.

Ciencias Naturales •

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Epidermis de dicotiledónea, con estomas y células acompañantes.

La madera más joven es la más próxima al cambium, es decir, la más próxima a la superficie del tallo; la más vieja está próxima a la médula. A medida que se van formando más vasos leñosos, presionan progresivamente sobre la médula, pero este tejido, debido a su contenido de agua, se vuelve turgente y resiste la presión. Por consiguiente, el xilema sólo se puede expandir hacia afuera y ello

aumenta el grosor del tallo.

Actividad

1-Separa los cotiledones de un frijol y con una lupa, trata de localizar la plúmula y la radícula. Haz un esquema de lo que observes.

2-Observa el corte de un tallo o de un tronco de árbol y dibuja los tejidos.

3-Compara la textura (tejido epidérmico) de hojas, flores y frutos.

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• Módulo 5

Captan y transforman energía Objetivo Comprender la importancia de la luz solar en los seres vivos, en la producción de compuestos de los vegetales, obtención y liberación de energía, así como los procesos químicos que explican ese metabolismo para que tengas una actitud

científica ante los demás.

La energía: definida como capacidad de efectuar trabajo, puede adoptar la forma de calor, luz, electricidad, movimiento o energía química. Los físicos reconocen la energía potencial como la capacidad para hacer trabajo, debido a la posición o estado de una partícula y energía cinética, como la energía de una partícula en movimiento. Una roca en la cima de una colina tiene energía potencial a causa de su posición. Al rodar por la pendiente, la energía potencial se convierte en

energía cinética.

Transformación de energía en las células transformación energía química en energía eléctrica.

tipo de célula nervio, cerebro

sonido en energía eléctrica.

oído interno.

luz en energía química.

cloroplasto.

luz en energía eléctrica.

retina.

energía química en energía osmótica.

riñón.

energía química en energía mecánica. energía química en energía radiante. energía química en energía eléctrica.

célula muscular, epitelio ciliado. órgano luminiscente o luciérnaga. órganos sensoriales del gusto y el olfato.

¿Cómo sucede el proceso de transformación de un tipo de energía?

La corriente interminable de energía que circula por el interior de una célula, a otra, y de un organismo a otro, es la esencia de la vida.

Ciencias Naturales •

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En el mundo biológico se distinguen de energía: 1. la

tres tipos

importantes de transformación

energía radiante de la luz solar es capturada por la clorofila, pigmento

verde presente en las plantas verdes y es transformada por el proceso de fotosíntesis en energía química. Esta energía se usa para sintetizar carbohidratos y otras moléculas complejas a partir del bióxido de carbono y agua. La energía química es almacenada en las moléculas de carbohidratos y otros alimentos,

como energía de los enlaces que unen sus átomos constituyentes.

2. Transformación de la energía química de los carbohidratos y otras moléculas, en energía biológicamente útil de enlaces fosfatos ricos en energía, es el proceso

de respiración celular y sucede en la mitocondria.

3. Cuando la energía química de los enlaces fosfatos, es utilizada por la célula para hacer el trabajo mecánico de la contracción muscular, el trabajo eléctrico de conducir un impulso nervioso, el trabajo osmótico es mover moléculas contra un gradiente o el trabajo químico de sintetizar moléculas para el crecimiento. Al producirse estas transformaciones, la energía pasa finalmente al medio ambiente y se disipa como calor. Las plantas y los animales han creado ciertos transductores

de energía notablemente eficaces, como

cloroplastos y mitocondrias, para

efectuar estos procesos junto con eficientes mecanismos de control para regular los transductores y permitir a las células adaptarse a las variaciones en las

condiciones ambientales.

Estarás haciendo tus propias reflexiones y análisis, seguramente coincides en que estos procesos biológicos tienen mucho que ver con la física y la química, así por ejemplo recordarás que la rama de la física que trata de la energía y sus transformaciones, la termodinámica, consta de ciertos principios básicos relativamente sencillos, universalmente aplicables a los procesos químicos, tanto si se producen en siste-mas vivientes como en los no vivientes (revisa el módulo tres de ciencias).

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• Módulo 5

En condiciones experimentalmente controladas, la cantidad de energía que entra en un sistema y sale de él, puede medirse y compararse (característica de los seres vivos = sistemas abiertos). Se encuentra, siempre que la energía no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma de una forma a otra. Esta es una expresión de la primera ley de la termodinámica, llamada ley de la con-

servación de la energía.

Las plantas transforman energía radiante de la luz solar en energía química

De tus conocimientos previos, ¿qué entiendes por fotosíntesis? vuelve a leer el primer tipo de transformación de la energía ¿Te gustaría conocer las reacciones químicas de ese proceso?

Ciencias Naturales •

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Fotosíntesis

Al proceso por medio del cual las células utilizan la luz solar para transformar el anhídrido carbónico y el agua, en sustancias químicas, que sirven de alimento, se llama

fotosíntesis

Antiguamente, los naturalistas creían que las plantas sacaban su alimento totalmente del suelo; esto se conocía con el nombre de la teoría del humus.

La importancia de este proceso fisiológico vegetal, es ser la base de la vida en la producción de alimentos y en la liberación de oxígeno. Este proceso bioquímico es uno de los más complicados y consta de numerosas reacciones químicas y fenómenos físicos que permiten la captura de la energía radiante del sol y su

conversión en energía química de compuestos orgánicos.

La ecuación química general de la fotosíntesis es 6CO2 + 12H2O + energía radiante

C6H12O6 + 6H Fructuosa agua (azúcar)

2O

+ 602

oxígeno

Explicación: seis moléculas de bióxido de carbono + doce moléculas de agua + energía, da una molécula de azúcar + seis moléculas de agua + seis moléculas

de oxígeno. ¿Cómo sucede? La radiación solar es absorbida en grado variable por los gases, vapores y el polvo de la atmósfera, antes de llegar a las hojas de las plantas. De la luz que incide en la hoja, una parte es absorbida; otra, reflejada y la otra, transmitida a través de la hoja. En la célula vegetal están las estructuras

especializadas:

Cloroplastos responsables de realizar o de ejecutar las reacciones características de la fotosíntesis. La matriz del cloroplasto se llama estroma.

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• Módulo 5

Las partes importantes del cloroplasto son el estroma y los pliegues internos o grana o granum que es donde se encuentra la clorofila.

La clorofila de los cloroplastos absorbe la energía solar gracias a la presencia de átomos de Magnesio (Mg) y así dan comienzo las reacciones químicas. Los productos finales del proceso son la glucosa (azúcar) y oxígeno; pero antes se obtienen productos intermedios como la fructuosa (azúcar de las frutas), y el

difosfato de ribulosa.

El proceso se divide en fotoreacciones (fase luminosa) y reacciones oscuras.

Ciencias Naturales •

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Las reacciones químicas que se realizan en la fase luminosa son tan rápidas, que la absorción primaria de la luz por la clorofila, se completa en una billonésima de segundo (es instantánea). En esta fase las reacciones químicas son: descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno, producción de ATP con energía

luminosa y transferencia de electrones hasta obtener NADP o TPN. La energía luminosa se almacena en los enlaces químicos de la molécula de ATP de NADPH2 y estos compuestos quedan listos para ser utilizados en las reacciones oscuras, que llevan a la formación de azúcares como finalidad de la fotosíntesis, en esta fase, el CO2 se reduce y combinándose con los elementos del agua, forma azúcares de tres y seis carbonos y sustitución del azúcar ribulosa (cinco carbonos) que representa la mayoría de reacciones químicas de la etapa oscura.

TPN = nucleótido de trifosforidino, ATP = adenosín trifosfato , NADP = fosfato

dinucleótido de nicotinamida-ademin dinucleótido.

¿Cuál es la finalidad de la fotosíntesis?, ¿cuál es la ecuación química general?, ¿dónde se encuentran y cuál es la función de los cloroplastos?, ¿cómo se llaman las dos fases de la fotosíntesis?, ¿cuáles son los productos finales del proceso?

En este proceso energético el resultado es la formación del trifosfato de adenosina (ATP), molécula formada por tres moléculas de fosfato (P) y una molécula de

adenosina formada por adenina y ribosa.

Molécula de ATP

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• Módulo 5

Estructura de una molécula de ATP

En cada célula viva, hay miles de moléculas realizando funciones vitales (nutrición, crecimiento, reproducción) que requieren energía suministrada por

el ATP.

Experimento En un tubo de ensayo o frasco de vidrio con agua, debes poner una porción de una planta acuática, luego introduce un pequeño caracol, cierra bien el frasco y déjalo expuesto a la luz solar.

En el interior del frasco los procesos vitales continúan normalmente; con la energía solar, la planta fabrica sus alimentos con el anhídrido carbónico y el agua que absorbe, a la vez desprende oxígeno. El caracol utiliza el oxígeno para respirar y se alimenta de los tejidos de la planta, a la vez que exhala anhídrido

carbónico.

Ciencias Naturales •

145

Haz el dibujo y reflexiona que esta experiencia combina el doble proceso químico de la fotosíntesis y respiración.

El crecimiento de la planta es suficiente para reponer los tejidos que se come el caracol, el sistema puede permanecer en

equilibrio

crecimiento resulta de la combinación del agua

algún tiempo; además ese

y anhídrido carbónico y por la

acción de la energía solar capturada por las hojas verdes.

Respiración En la respiración, las células tanto animales como vegetales, absorben oxígeno y agua, trasformando el azúcar en energía. La reacción química es inversa de la

fotosíntesis.

C6H12O6 + 6H2O + 602

6CO2 + 12H2O + energía liberada

Los productos secundarios de la respiración son: el agua, en forma de vapor

(H2O) y el bióxido de carbono (CO2) que son devueltos a la atmósfera.

En el experimento, el proceso de liberación de energía comienza, en cuanto el caracol come las hojas de la planta y utiliza para respirar el oxígeno que ella

misma desecha.

146

• Módulo 5

Pasos del proceso de respiración 1. La célula descompone cada molécula de glucosa, en dos moléculas de piruvato.

2. En el ciclo de krebs hay desprendimiento de anhídrido carbónico y un arrastre de electrones.

3. Los electrones pasan a la cadena respiratoria donde se combinan con átomos de oxígeno y éstos con el hidrógeno forman agua y ATP, productos finales de la respiración.

Las moléculas de piruvato son atrapadas por las mitocondrias, en el citoplasma celular.

Reflexión Sin luz no hay vida, sin plantas no hay comida ¿qué piensas de ésto?

Alguien dijo que la presencia del hombre y la mujer en la tierra, es una cortesía de la fotosíntesis ¿qué opinas?

Escribe las diferencias anatómicas y funcionales de cloroplasto y mitocondria.

Ciencias Naturales •

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Transmiten caracteres hereditarios Objetivo Identificar las estructuras fundamentales donde se archiva la herencia a través de ilustraciones y explicaciones para expresar las propiedades distintivas del material genético y del ADN; reflexionar sobre la conducta en la paternidad y la

maternidad, según sea tu rol en la sociedad.

Cromosomas y genes De tus conocimientos anteriores ¿qué partes son esenciales en toda célula? ¿en qué parte de la célula se concentra la mayor cantidad de información genética?

Cuando se observa una célula, en proceso de división celular, con el microscopio se fijan y se tiñen las células con algunos colorantes especiales y pueden

distinguirse, en el núcleo, unos cuerpos alargados teñidos de color oscuro que se llaman cromosomas.

Cada cromosoma consta de un filamento central llamado cromonema y de una pequeña zona circular llamada centrómero.

El centrómero regula el movimiento del cromosoma durante la división celular.

Cada célula de cualquier organismo de todas las especies de seres vivos, animales y vegetales, contienen un número característico de cromosomas.

Cada célula de hombres, mujeres, niños y niñas, posee exactamente 46 cromosomas. Otras especies animales o vegetales tienen un número diferente a 46; así por ejemplo, algunas lombrices sólo tienen dos cromosomas, algunos cangrejos tienen 200 y existe un radiolario marino al que se le han contado 1600 cromosomas.

El promedio de cromosomas entre animales y vegetales está entre diez y cincuenta; las especies que están arriba o abajo de esos números, se consideran excepciones.

Dentro de cada cromosoma se encuentran los genes, los humanos tienen 23 pares de cromosomas donde se encuentran los factores hereditarios, llamados genes.

148

• Módulo 5

Cada gen es diferente de los demás y tiene la misión de controlar uno o más caracteres hereditarios (color de ojos, pelo, piel; tipo sanguíneo, sexo, estatura y otros) Las células sexuales (óvulo y espermatozoide) tienen 23 cromosomas cada uno, pero luego se combinan para originar nuevamente células de 46 cromosomas,

en el caso de los humanos.

La división celular meiótica o meiosis, solamente se realiza en las gónadas masculinas, originando espermatozoides y en las femeninas, originando óvulos.

La célula originada por la unión del óvulo con el espermatozoide se continúa di-

vidiendo por mitosis.

OOGÉNESIS

ESPERMATOGÉNESIS Los espermatozoides del testículo y oogenios del ovario se dividen muchas por mitosis Un espermatogenio

Un oogénio se transforma en

se transforma en

Espermatocito primario

Oocito primario PRIMER DIVISIÓN MEIÓTICA

Espermatocito secundario

Espermátides

Oocito secundario SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA Óvulo

Primer cuerpo polar

Segundo cuerpo polar

Espermatozoo

Cigoto

gametogénesis (división meiótica)

Ciencias Naturales •

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ADN y ARN ¿Tienes alguna información sobre el ADN?, ¿sabías que en criminología y en problemas de paternidad hacen pruebas de

ADN?

Para formarte una idea de la inmensa información genética que se transmite de célula a célula, tienes un ejemplo hipotético.

Representa los nucleótidos adenina, timina, guanina, citocina, y uracilo, por

una letra del abecedario así: A, T, G, C, U. Un nucleótido es una letra del alfabeto (A, T, G, C, U) Un gen es una palabra.

Un segmento largo en una cadena de ADN, es un párrafo.

Un cromosoma incluye la información de un tomo o libro.

Un genoma sería un conjunto de tomos.

Toda esa información es lo que define la especificidad de una vida, por eso cada

ser vivo es único y especial.

Las propiedades más distintivas del material genético son: lleva

información y

experimenta duplicación.

El modelo Watson – Crick, explica como las moléculas de DNA pueden realizar estas dos funciones. Cuando una molécula de DNA se duplica, las dos cadenas se separan y cada una forma una nueva cadena complementaria de ella. Así se establecen las dos nuevas cadenas. En todo este proceso intervienen enzimas específicas, entre ellas la enzima DNA polimerasa.

El diagrama representa la

doble hélice de ADN

150

• Módulo 5

El ARN difiere del ADN en que contiene ribosa en lugar de desoxiribosa y uracilo en vez de timina, en contraste con el ADN, los nucleótidos purina y pirimidina no suelen estar presentes en ARN en razones complementarias. Este hecho

indica que el ARN no es una espiral doble como el ADN, sino una sola tira.

El trabajo del ácido ribonucleico ARN depende del ADN en gran medida y por

eso la síntesis de proteínas, requiere tres tipos de moléculas de ARN así: 1. ARN mensajero: que transmite información genética del núcleo al citoplasma,

es decir de la molécula de ADN que existe en el núcleo, al citoplasma.

2. ARN ribosómico: que constituye gran parte de las partículas citoplasmáticas

denominadas ribosomas, donde tiene lugar la síntesis proteica.

3. ARN de transferencia: que actúa como adaptador para colocar el aminoácido en su lugar en las cadenas que van creciendo.

Conclusión: La herencia genética es trabajo del ADN

Herencia humana

¿Físicamente, a cuál de tus padres te pareces?

Haz tu árbol genealógico desde tus bisabuelos por padre y madre ¿quién de tus hermanos/as, se parece más a tu mamá?

Herencia es la transmisión de rasgos hereditarios de una generación a otra. La

rama de la biología que estudia este proceso se llama genética

Ciencias Naturales •

151

Al observarte en un espejo, encuentras rasgos de parentesco con tu padre y madre o a lo mejor a un familiar lejano. Si eres padre o madre de familia, a lo

mejor puedas observar este fenómeno en tus descendientes.

La herencia es el proceso mediante el cual adquieres las características de tus

padres y las transmites a tus hijos e hijas.

Genotipo y fenotipo Todas las células humanas tienen 46 pares de cromosomas, excepto los gametos

(óvulos y espermatozoides) que tienen 23 pares cada uno.

Fíjate bien, de esos 23 pares, un cromosoma de cada par procede de la madre y

el otro,

del padre. Los dos cromosomas que pertenecen a un par se llaman

cromosomas homólogos, que contienen genes para con-trolar los mismos rasgos.

Por ejemplo, si un cromosoma tiene un gen para la es-tatura, su homólogo o pareja, contendrá también un gen para la estatura. Investiga en internet sobre

genotipo y fenotipo.

Desordenes cromosómicos: El líquido amniótico que baña al feto tiene muchas células vivas flotantes. Estas células son derivadas principalmente de la piel y del tracto respiratorio del feto, la amniocentesis es una técnica de extracción del líquido amniótico mediante punción del útero con una aguja hipodérmica, generalmente 16 a 20 semanas después de la concepción. Se extrae una pequeña cantidad de líquido amniótico y sus células se examinan para buscar defectos bioquímicos o anormalidades en el número o estructura de los cromosomas.

Todos los desordenes por el número de cromosomas, casi siempre pueden ser detectados por ese procedimiento en el embarazo al iniciarse y aproximadamente pueden también detectarse 40 enfermedades diferentes que involucran

deficiencias enzimáticas.

Un desorden cromosómico es el

síndrome de Down o mongolísmo

que se

caracteriza por un retardo físico y mental, estructuras faciales propias (lengua grande, cráneo amplio, ojos sesgados y cabeza redonda); y malformaciones del corazón, oídos y pies. Rara vez se alcanza la madurez sexual. Tienen 47 en vez de 46 cromosomas, este cromosoma extra es el responsable del síndrome. Todos los cromosomas, de una persona con síndrome de Down, están en pareja, excepto

el par 21 que se presenta triplicado.

152

• Módulo 5

Salud y reproducción humana

¿Conoces tu aparato reproductor? ¿Sabes qué cuidados debes tener para conservarlo saludable y sin peligro de enfermedades?, ¿Estás satisfecho/a de tu sexo?, ¿te quieres a ti mismo/a?

La reproducción es el proceso mediante el cual el material genético pasa de una generación a otra, con la finalidad de mantener la vida de la especie.

Los órganos que forman el sistema reproductor del hombre son: testículos, pene, gónadas masculinas que producen el esperma, los túbulos seminíferos y glándulas

accesorias.

Ciencias Naturales •

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En el aparato reproductor femenino están los ovarios, vagina, vulva, tubo uterino.

Enfermedades de los sistemas reproductores: gonorrea, sífilis, SIDA (VIH), prostatitis, tumores, impotencia sexual, esterilidad, hemorragias uterinas, quistes ováricos, cáncer cervical, anormalidades de la menstruación (ausencia, dolor,

exceso) Todas estas enfermedades se pueden evitar; debes consultar, buscar información

y sobretodo cuidar tus relaciones.

El embarazo antes de los 18 años, o después de los 35, aumenta los riesgos para la salud de la madre y el recién nacido.

154

• Módulo 5

Autoevaluaciòn

1. ¿qué nombre reciben las combinaciones de los átomos?

2. menciona dos ejemplos de biomoléculas 3. ¿cuál es la unidad estructural de los seres vivos?

4. ¿cómo se llama la capa de la tierra que contiene a los seres vivos?

5. ¿qué estructura de la célula vegetal, atrapa la luz en la fotosíntesis?

6. ¿cuál es el principal producto de la fase oscura de la fotosíntesis?

7. ¿en qué reacción bioquímica se da el ciclo de Krebs?

8. ¿en qué organelo celular se concentran los cromosomas?

9. ¿dónde se encuentran los genes?

10. ¿en qué procesos participa el útero?

11. ¿qué significa ADN? 12. ¿cómo se define la herencia?

13. ¿cuántos cromosomas tienen las personas nacidas con el síndrome de Down? a) 46 b) 23 c) 47 14. ¿cuántos cromosomas tienen las células sexuales? a) 23 b) 46 c) 47

Ciencias Naturales •

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15. Un conjunto de células animales o vegetales forman a) tejido b) órgano c) sistema 16. ¿cuál es la enfermedad que la padecen los hombres? a) hemorragia uterina b) cáncer cervical c) prostatitis 17. ¿qué tipo de molécula de ARN transmite información genética del núcleo al citoplasma? a) ARN de transferencia b) ARN mensajero c) ARN ribosómico 18. Un tejido vegetal es el siguiente a) parénquima b) sanguíneo c) cartilaginoso 19. Organelo celular que participa en la síntesis energética a) membrana b) lisosoma c) mitocondria

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• Módulo 5

Glosario Átomo:

estructuras que forman todo tipo de materia. Contienen núcleo, protones, neutrones, electrones, neutrinos y kuarts

Biosfera:

capa del planeta Tierra que contiene a todos los seres vivos

Célula:

unidad estructural y funcional de vegetales y animales

Coacervados:

estructuras organizadas que anteceden a seres unicelulares y a los cuales algunas teorías les atribuyen

el origen de la vida

Cromosoma:

estructuras contenidas en el núcleo celular, portadores de los genes

Eucariótica:

células con núcleo, evolucionadas

Fenotipo:

características visibles de un individuo

Genes:

partículas determinantes o hereditarios, unidad de la herencia, unidad del DNA

Genética:

ciencia de la herencia

Genotipo:

conjunto de factores hereditarios que los organismos reciben de sus padres por medio de los gametos

Metabolismo:

suma de actividades químicas a nivel de cada célula y en la totalidad de un organismo completo

Procariótica:

Ciencias Naturales •

protocélulas que carecen de núcleo y se encuentran en bacterias y algas verde-azules

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Bibliografía

Claude A. Villee Biología. séptima edición nueva editorial Interamericana. México DF. 1986 Diccionario Ilustrado de la Biología, 1985. Editorial Everest. S. A. 229p.

Gómez Romero, José. 1983. El método experimental. Editorial HARLA, México D.F. Mario Villamar Duque, la naturaleza y el hombre. Primera edición. Editorial

El

Cid. Serie Mundo Científico. 1991.

Sociedades bíblicas de El Salvador, La Santa Biblia. Antiguo Testamento. División

de 1960 Ministerio de educación, módulo 3, Sistema de educación a distancia, 1er. año

de bachillerato Ministerio de educación, Programa de Estudios de Ciencias Naturales, primero y

segundo de Educación Media

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• Módulo 5