CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui”
BIOLOGIA LICENCIADA ROCIO JULIA DIAZ BERDIALES
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CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui”
Biología Concepto: La biología, es aquella ciencia que estudia a los seres vivos. Ya sean estos animales, plantas o seres humanos. Principalmente, la biología, se preocupa de los procesos vitales de cada ser. Como su nacimiento, desarrollo, muerte y procreación. Por lo que estudia el ciclo completo de los mismos.
La palabra como tal, proviene del griego, tanto de bios (vida) y logos (estudio). Por lo tanto, la palabra en si, lo dice todo. Estudio de la vida. Lo que se debe tener claro, es que la biología, se subdivide en diversas subcategorías de la misma. Esto ya que cada una, se ha ido especializando en distintos ámbitos. Por ejemplo, tenemos a la bioquímica, la biología molecular, la fisiología, la ecología, la biogenética, entre otras muchas disciplinas. Todas ellas, se vinculan por lo anteriormente señalado, que es la base del estudio de la biología. El estudio de la biología es fundamental, para comprender lo que somos y cómo llegamos hasta éste nivel evolutivo.
Importancia: La biología es importante ya que es una de las ciencias naturales que tiene como objeto de estudio a los seres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus propiedades: génesis, nutrición, 2
morfogénesis, reproducción, patogenia, etc. ..La biología se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno. En otras palabras, se preocupa de la estructura y la dinámica funcional comunes a todos los seres vivos con el fin de establecer las leyes generales que rigen la vida orgánica y los principios explicativos fundamentales de ésta.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” b) Establecer una posible respuesta a la pregunta.
El Método Científico: El método científico es un proceso destinado a explicar fenómenos, establecer relaciones entre los hechos y enunciar leyes que expliquen los fenómenos físicos del mundo y permitan obtener, con estos conocimientos, aplicaciones útiles al hombre. Los científicos emplean el método científico como una forma planificada de trabajar. Sus logros son acumulativos y han llevado a la Humanidad al momento cultural actual. Toda investigación científica se somete siempre a una "prueba de la verdad" que consiste en que sus descubrimientos pueden ser comprobados, mediante experimentación, por cualquier persona y en cualquier lugar, y en que sus hipótesis son revisadas y cambiadas si no se cumplen.
a) Observar e investigar. La observación de la naturaleza provoca curiosidad, nos hacer preguntarnos cómo ésta funciona y nos motiva a investigar. Pero se observa durante todo el proceso de investigación. Plantearse una pregunta o problema. En este paso, es conveniente ser muy específico, para que la investigación no sea muy complicada.
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Lo que conocemos como hipótesis. Para hacer una buena hipótesis ayuda mucho investigar y leer sobre el tema que nos interesa. Recuerda que la hipótesis debe ser posible probarla experimentalmente. c)
Realizar
la
investigación
necesaria: experimentar, recopilar datos, buscar información. Primero, se hace un plan de cómo se probará la hipótesis, cuáles materiales y equipos serán necesarios, qué personas asesorarán y en que lugar/tiempo se hará la investigación. Una vez esto esté claro, se procede a experimentar y ha recopilar datos para luego procesarlos y analizarlos. d) Llegar a una conclusión, que apoye o refute tu hipótesis. La conclusión obviamente debe ser producto de tus resultados. El método científico es un proceso dinámico, que envuelve observar todo el tiempo, buscar información continuamente y planificar experimentos para demostrar la hipótesis. Este método guía nuestro pensamiento, dándonos un protocolo a seguir en nuestra investigación. Nos ayuda a mantenernos objetivos durante todo el proceso investigativo.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” MATERIA VIVIENTE a) Características físicas
unión, mediante enlaces químicos, de dos o más átomos • Nivel celular: comprende las células, que son unidades de materia viva constituidas por una membrana y un citoplasma • Nivel pluricelular: abarca a aquellos seres vivos que están constituidos por más de una célula. • Nivel de población: abarca a las poblaciones, que son el conjunto de individuos de la misma especie que viven en una misma zona y en un momento determinado.
La vida es un fenómeno relacionado con acontecimientos fisicoquímicos generados por el estado de la energía del universo. Por ello para ser Para considerados como vivientes, los seres requieren poseer ciertas características básicas: Los niveles de organización de materia viva Los niveles de organización de materia viva nos muestran que está organizada en siete grados o niveles crecientes de complejidad. • Nivel subatómico: lo integran las partículas más pequeñas de la materia, como son los protones, los neutrones y los electrones. • Nivel atómico: lo componen los átomos, que son la parte más pequeña de un elemento químico que puede intervenir en una reacción. • Nivel molecular: está formado por las moléculas, que se definen como unidades materiales formadas por la 4
• Nivel de ecosistema: se estudia tanto el conjunto de poblaciones de diferentes seres que viven interrelacionados. Los cuatro últimos niveles supones los niveles de clasificación de la materia viva, es decir que están constituidos por materia viva; por eso, desde este punto de vista, se puede definir la vida como una de las formas de presentarse la materia.
NIVEL ACELULAR O PROTOPLASMÁTICO: Son los organismos unicelulares procariontes y eucariontes. Es el nivel más sencillo de organización
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” de un organismo, que lleva una vida totalmente independiente. Es el nivel propio de los seres formados por una membrana que contiene en su interior una masa de protoplasma. Dentro del protoplasma hay cuerpos especializados llamados ORGANELOS, que cumplen cada uno con una función determinada, es decir que existe una División de Trabajo, pero cada Organelo celular actúa coordinadamente con los demás. Son ejemplos las Monera y los Protistas.
- NIVEL TISULAR: Las células se agrupan con otras iguales a ellas y forman grupos llamados TEJIDOS. Las actividades están distribuidas entre los distintos tejidos. Cada tejido va cumpliendo con su función en el momento que le corresponde, son ejemplos los Cnidarios (hidra de agua dulce).
NIVEL CELULAR: Son aquellos seres vivos pluricelulares. Las células se agrupan y se reparten las funciones entre ellas, conservando su independencia, por ejemplo los Líquenes, algas, musgos, Hongos y Esponjas.
- NIVEL DE ÓRGANOS: Un órgano está constituido por capas de tejidos que se reúnen para cumplir una función determinada, por ejemplo el 5
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” Estómago es una parte diferenciada del cuerpo en donde se cumple la función de la digestión de ciertos alimentos; para cumplir esa función colaboran tejidos que segregan jugos digestivos; tejidos que cubren externa e internamente al estómago y tejidos musculares que le permiten realizar los movimientos para que mezclen y desmenucen los alimentos. Hay órganos que se encargan de digerir, excretar, reproducir, etc. por ejemplo los Platelmintos (Tenia saginata). - NIVEL DE SISTEMAS DE ÓRGANOS: En ellos, los órganos se asocian cumpliendo funciones conjuntas y forman APARATOS o SISTEMAS. Cada órgano contribuye con una parte del trabajo que le corresponde realizar al Sistema de órganos al cual pertenece, por ejemplo el Aparato Digestivo, Circulatorio, Excretor, Nervioso, Reproductor, etc. A este nivel pertenecen los Invertebrados Superiores: Artrópodos, Moluscos, Equinodermos, Anélidos y todos los Vertebrados: Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. Entre los vegetales: las plantas Superiores (plantas con flores) y los Helechos.
b)Características Químicas de la Materia Viviente Como hemos visto los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización celular, es decir determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa e interactúan entre sí para establecer la estructura celular. Así como las 6
células son los ladrillos con los que se construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que se construyen las células. Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% por elementos tales como C, H, O, N, P y S; ( el 2 % restante esta representado por elementos como el Fe, Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.) La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la formación de millones de moléculas distintas, sin embargo como veremos más adelante, la mayoría de los seres vivos está formado por un número relativamente bajo de tipos de compuestos. Aquellos compuestos en cuya composición interviene el carbono se los denomina compuestos orgánicos; dentro de este grupo podemos mencionar a los monosacáridos, polisacáridos, aminoácidos, proteínas, lípidos , nucleótidos y ácidos nucleicos ( no son los únicos compuestos orgánicos que existen, pero sí son la mayoría). Estos representan aproximadamente el 30% de la composición química de los seres vivos. El 70% lo constituye el agua. También encontramos algunos iones tales como el Na, Fe, Ca, K, etc. en proporciones muy pequeñas.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” por paro cardíaco. El potasio del organismo es sobretodo intracelular a diferencia del sodio que es extracelular.
Cuadro 2.1- Composición química de la materia viva
IONES Sodio (Na+) y Potasio (K+): están ampliamente distribuidos en los organismos. Están íntimamente relacionados en sus funciones y de su proporción depende el mantenimiento de constantes fisiológicas vitales , tales como la presión osmótica, el equilibrio electrolítico, etc.. Contribuyen a proporcionar el medio iónico apropiado para diversas reacciones enzimáticas, regulan el potencial de membrana e intervienen en la conducción del impulso nervioso y la contracción muscular. El sodio forma parte de las secreciones digestivas e interviene a nivel intestinal en la absorción activa de numerosos nutrientes. Se halla en el medio extracelular. El potasio es esencial para el automatismo cardíaco, la actividad de enzimas relacionadas con la síntesis proteica y para evitar la desagregación de los ribosomas. La pérdida de potasio causa hipotonía, hiporreflexia, alteración de la conducción del impulso nervioso y puede llevar a la muerte 7
Calcio (Ca2+): el organismo humano adulto contiene entre 850 y 1500 gr. El 99 % está localizado en el tejido óseo formando con el fósforo un complejo llamado hidroxipatita. El 1% restante está en fluidos y tejidos, es el llamado calcio soluble es esencial para regular las funciones fisiológicas como la irritabilidad neuromuscular, el automatismo cardíaco, la contracción muscular, y la coagulación sanguínea. El calcio que está en los huesos está en equilibrio dinámico con el plasmático mediante un proceso continuo de formación y resorción ósea. El pico de máxima densidad ósea depende de la ingesta de calcio durante la etapa de crecimiento y condiciona la pérdida posterior, con el consiguiente deterioro de la resistencia y el aumento de riesgo de fracturas (osteoporosis). Magnesio (Mg2+): el magnesio se localiza en el esqueleto y en los tejidos blandos. Es un catión fundamentalmente intracelular, que interviene en más de 300 reacciones enzimáticas relacionadas con el metabolismo energético y proteico como ser la formación de AMP cíclico, transporte a través de membrana, transmisión del código genético, etc. En los vegetales forma parte de la molécula de clorofila. También interviene en la transmisión del impulso nervioso, ayuda a mantener la integridad del
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” sistema nervioso central. Su carencia produce irritación nerviosa, convulsiones y en casos extremos la muerte. Hierro (Fe2+ ; Fe3+): El hierro es un mineral esencial para el metabolismo energético y oxidativo. Se encuentra en todas las células, estableciéndose dos compartimentos: funcional y de reserva. El funcional comprende al hierro del anillo central del grupo hemo que forma parte de proteínas que intervienen en el transporte y almacenamiento del oxígeno ( hemoglobina y mioglobina), también forma parte de enzimas como los citocromos y las peroxidasas. El de reserva se sitúa en el hígado, bazo, médula ósea , está unido a proteínas( ferritina y hemosiderina). No se encuentra libre en el plasma, sino que circula unido a una proteína , la transferrina. El hierro es necesario para el normal funcionamiento de los mecanismos de defensa del organismo a nivel celular, humoral y secretorio, por lo tanto su deficiencia produce un aumento a la susceptibilidad a las infecciones. La deficiencia de hierro se caracteriza por astenia, anorexia, fatiga, y deterioro del rendimiento físico. Zinc (Zn2+): Es esencial para la actividad de más de 70 enzimas, ya sea porque forma parte de su molécula o porque lo requieren como cofactor. Se lo relaciona con la utilización de energía, la síntesis de proteínas y la protección oxidativa. Cobre (Cu+; Cu2+): forma parte de distintas enzimas que intervienen en 8
reacciones oxidativas relacionadas con el metabolismo del hierro, de los aminoácidos precursores de neurotransmisores, Es necesario para la síntesis de elastina, proteína fibrosa de la matriz extracelular. Yodo (I-): el 80% se localiza en la glándula tiroides, siendo indispensable para la síntesis de las hormonas tiroides, la tetraiodotironina ( tiroxina- T4 y la triiodotironina (T3). Las hormonas tiroides son esenciales para el desarrollo normal y su deficiencia causa retardo del crecimiento, alteraciones permanentes en el sistema nervioso y disminución del coeficiente intelectual. Fosfato (PO4)3-: Se encuentra en el tejido óseo, formando la hidroxiapatita.. aproximadamente un 15 % se halla presente en fluidos y tejidos blandos, puesto que todas las células lo contienen como fosfatos orgánicos o inorgánicos. Formando parte de compuestos orgánicos, podemos mencionar a los nucleótidos trifosfatados, fosfolípidos de membrana, ácidos nucleicos etc. Como fosfato inorgánico cumple una función estructural, en el tejido óseo y además se encuentra en los fluidos contribuyendo a mantener la capacidad buffer Cloruro (Cl-): es un regulador de la presión osmótica y junto con los protones forma parte del jugo gástrico, producido por las células parietales de las glándulas corpofúndicas de estómago. Azufre: integra diversas moléculas orgánicas como polisacáridos complejos y aminoácidos (cisteína, cistina, metionina, etc).
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” Manganeso (Mn2+): actúa activando importantes enzimas. Su carencia afecta el crecimiento del esqueleto, la actividad muscular y la reproducción.
Flúor (F-): es importante para la formación del hueso y de los dientes. Su exceso tiene efecto desfavorable pues inhibe algunas enzimas. Inhibe el crecimiento y la actividad tiroidea. En intoxicaciones crónicas es frecuente la aparición de bocio. AGUA La química de la vida ocurre en el agua. De hecho, las células contienen entre un 70 a un 90 % de agua, y todas las reacciones que ocurren en el citoplasma de una célula tiene lugar en un medio acuoso. El agua es el solvente biológico ideal. Sin embargo el agua no solo es el medio en el que se desarrollan las reacciones químicas sino que también en muchos casos participa activamente de ellas ya sea como reactivo o producto de una reacción. Por todo esto no resulta sorprendente que las propiedades del agua sean un factor clave para comprender la bioquímica. La molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos covalentemente. Debido a la diferencia de electronegatividad entre los mismos se crea una distribución asimétrica de cargas lo que llega a la formación de una molécula polar. Como hemos visto anteriormente esa polaridad permite la aparición 9
de los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. LA CÈLULA a) Concepto 1. La célula es la unidad básica estructural y funcional; todos los organismos están compuestos de células. 2. Todas las células están producidas por la división de células preexistentes (en otras palabras, a través de la reproducción). Cada célula contiene material genético que se transmite durante este proceso. 3. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, la reparación, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurren al interior de la célula. 4. Las actividades de las células dependen en las actividades sub-celulares (estas estructuras subcelulares incluyen orgánulos, membrana plasmática, y, si presente, el núcleo). b)Clases de Células Una diferencia mayor dentro de las células es la presencia o la ausencia de un núcleo, que es
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” una estructura sub-celular que contiene material genético. Las células procarióticas (que incluyen a la bacteria) no tienen un núcleo, mientras que las células (eucarióticas que incluyen a los protozoos y a las células animales y las de las plantas) contienen un núcleo.
superficie interna de la membrana de plasma y que les ayuda a mantener su forma.
Célula Animal
Una bacteria
Un protozoo
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Las células de organismos autotróficos (la mayoría de plantas y algunos protozoos) contienen un orgánulo llamado cloroplasto, que contiene clorofila y que le permite a la célula producir glucosa usando energía proveniente de la luz en el proceso conocido como fotosíntesis.
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Las células de las plantas, protistas y hongos están rodeadas de una célula compuesta mayormente de la celulosa del carbohidrato; la pared de la célula ayuda a estas células a mantener su forma. Las células animales no tienen una pared pero tienen en cambio un cito esqueleto, una red de largas y fibrosas trenzas de proteínas que se atan a la 10
Célula de una Planta
c) División Celular
La división celular es el proceso por el cual el material celular se divide entre dos nuevas células hijas. En los organismos unicelulares esto aumenta el número de individuos de la población. En las plantas y organismos multicelulares es el procedimiento en virtud del cual crece el organismo, partiendo de una sola célula, y también son reemplazados y reparados los tejidos estropeados.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” Las células en división pasan a través de una secuencia regular de crecimiento y división, conocida como ciclo celular. CICLO CELULAR De acuerdo a la teoría celular establecida por el biólogo alemán Rudolf Virchoff en el siglo XIX, “las células sólo provienen de células”. Las células existentes se dividen a través de una serie ordenada de pasos denominados ciclo celular; en el la célula aumenta su tamaño, el número de componentes intracelulares (proteínas y organelos), duplica su material genético y finalmente se divide. El ciclo celular se divide en dos fases 1) Interfase, que consta de: • Fase de síntesis (S): En esta etapa la célula duplica su material genético para pasarle una copia completa del genoma a cada una de sus células hijas. • Fase G1 y G2 (intervalo): Entre la fase S y M de cada ciclo hay dos fases denominadas intervalo en las cuales la célula esta muy activa metabólicamente, lo cual le permite Incrementar su tamaño (aumentando el número de proteínas y orgánulos), de lo contrario las células se harían más pequeñas con cada división. 2) Fase M Mitosis (M): En esta fase se reparte a las células hijas el material genético duplicado, a través de la segregación de los cromosomas. La fase M, para su estudio se divide en: • Profase: En esta etapa los cromosomas (Constituidos de dos cromáticas hermanas) se condensan en el núcleo, mientras en el citoplasma se 11
comienza a ensamblar el huso mitótico entre los centrosomas. • Metafase: Comienza con el rompimiento de la membrana nuclear, de esta manera los cromosomas se pueden unir al huso Mitótico (mediante los cinetocoros). Una vez unidos los cromosomas estos se alinean en el ecuador de la célula. • Anafase: Se produce la separación de las cromáticas hermanas, las cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, los cuales migran hacia polos opuestos de la célula. • Telofase: Aquí ambos juegos de cromosomas llegan a los polos de la célula y adoptan una estructura menos densa, posteriormente se forma nuevamente la envoltura nuclear. Al finalizar esta fase, la división del citoplasma y sus contenidos comienza con la formación de un anillo contráctil. • Citocinesis: Finalmente se divide la célula mediante el anillo contráctil de actina y miosina, produciendo dos células hijas cada una con un juego completo de cromosomas. Cuando ya no se requieren más células, estas entran en un estado denominado G0, en el cual abandonan el ciclo celular y entran en un periodo de latencia, lo cual no significa que entren en reposo.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” Virus
Los virus son un reino de parásitos intracelulares obligatorios, de pequeño tamaño, de 20 a 500 milimicras, constituidos sólo por dos tipos de moléculas: un ácido nucleído y varias proteínas. El ácido nucleído, que puede ser ADN o ARN, según los tipos de virus, está envuelto por una cubierta de simetría regular de proteína, denominada cápside. Los huéspedes que ocupan pueden ser animales, vegetales o bacterias. Entre los microorganismos, los virus parasitan bacterias, son los bacteriófagos o fagos, pero no se conocen virus que infecten algas, hongos o protozoos. Entre los vegetales, Las enfermedades humanas, causadas por virus, más conocidas, son la poliomielitis, gripe, viruela, sarampión, fiebre amarilla, encefalitis, paperas, tracoma, etc. Actualmente se cree que algunos tumores cancerosos son también de origen vírico. Las 12
infecciones víricas en general, no pueden ser tratadas con antibióticos; sin embarco, el interferón, producto biológico sintetizado por los tejidos invadidos por un virus, es activo contra infecciones causadas por otros. Los virus, aparte de su importancia como agentes patógenos, tienen un gran interés en biología molecular, para el estudio de ácidos nucleicos, ya que de ellos se pueden extraer en gran cantidad y pureza. Por último, es de esperar que por medio de las técnicas investigadoras actuales se alcancen, en un futuro próximo, descubrimientos de trascendental importancia para el conocimiento de los virus y la manera de combatirlos.
Bacterias Las bacterias constituyen un grupo algo especial entre el reino Mónera pertenecen al dominio procariota. Vistas al microscopio generalmente aparecen como esferas o como bastones rectos o curvos. La longitud promedio de la célula bacteriana es aproximadamente 5 micras, así, una fila de 50 bacterias apenas equivaldría al diámetro del punto final de esta oración.
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” la extraña bacteria carnívora del grupo A de streptococus.
REINO PROTISTA Células de vida Protozoarios
Las bacterias pueden clasificarse, atendiendo a su forma, en cocos (esféricas), bacilos (bastones rectos) y espirilos (bastones curvos). Otra forma de clasificar las bacterias es aerobia, las que necesitan aire para vivir, anaerobia, que no pueden vivir en presencia de aire y por último, aquella que indiferentemente pueden vivir con aire o sin éste. Las bacterias son la forma de vida más antigua de la Tierra, sobreviven y prosperan en los ambientes más rigurosos, en manantiales, en pozos de ácido, en grietas de la tierra, sin luz, sin aire y en temperaturas hasta de 250°C. Hace apenas 50 años que se inventó la penicilina y las bacterias están desenfrenadas otra vez. Se han vuelto inmunes a nuestros antibióticos lo que hace que enfermedades infecciosas como la tuberculosis que en una época se podían curar con tratamiento, ahora se hayan convertido otra vez en una amenaza mortal. Han evolucionado nuevas variedades como la E.coli y 13
libre
Los protozoos son, en su mayoría, seres unicelulares aunque también pueden formar colonias; la mayoría de estos son microscópicos las principales características que tienen es que carecen de un eje esquelético así como la ausencia de la dorsal. Los protozoos pueden encontrarse en lugares donde haya una gran cantidad de materia orgánica en descomposición. Los miembros del Reino Protista son las más sencillos de los eucariotas. Los protistas son un grupo interesante de organismos, clasificados según lo que no son. Los protistas no comparten las mismas características que las plantas, hongos, y animales, y tampoco son bacterias. Básicamente, este reino es el hogar de los organismos "restantes" que no pudieron ser clasificados en ninguna otra parte! Los protistas pueden ser unicelulares, multicelulares o coloniales. Algunos se mueven y actúan como animales, otros llevan a cabo la fotosíntesis al igual que las plantas, ¡y otros parecen "creer" que son hongos!. Es posible que no creas que una pequeña ameba unicelular tenga mucho en común con un alga marina gigante, pero las dos pertenecen a los reinos
CEPRU “Universidad José Carlos Mariátegui” protistas.
egún el modo en el que se desplazan se clasifican como: CILIADOS
Algunos protistas se alimentan de otros microorganismos. Son depredadores, pertenecen al grupo de los PROTOZOOS.
Otros son parecidos a hongos (pero microscópicos y de una sóla célula) Una gran cantidad son fotosintetizadores:
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