1 Características generales de los seres vivos 2. Niveles de organización de los seres vivos 2.1. Unidad de los seres vivos 2.2. Unidad de composición. 2.2.1. Bioelementos. 2.2.2.Biomoléculas 2.2.2.1. Inorgánicas. 2.2.2.2. Orgánicas 2.3. Unidad estructural de los seres vivos. 2.3.1. Teoría celular. 2.3.2. Tipos de células 2.3.3. Estructura de las células. 2.3.3.1. Procariota. 2.3.3.2. Eucariota 2.4. Unidad funcional. 2.4.1. Funciones básicas de los seres vivos. 2.4.1.1. Función de nutrición 2.4.1.1.1. Nutrición autótrofa. 2.4.1.1.2. Nutrición heterótrofa. 2.4.1.1.3 Metabolismo celular. Fases. 2.4.1.2. Función de relación 2.4.1.3. Función de reproducción 2.4.1.3.1. Mitosis 2.4.1.3.2. Meiosis 2.4.1.3.3. Ciclos biológicos 3. Desarrollo: crecimiento, diferenciación celular y morfogénesis
la biología, cuanto más aprendemos acerca de la vida, más fascinante resulta; la respuesta a una pregunta conduce a más preguntas que en el futuro cautivarán a las mentes curiosas durante muchas décadas. más que cualquier otra cosa, la biología es una indagación, una búsqueda continua para descubrir la naturaleza de la vida.
• • • •
LOS SERES VIVOS TIENEN UNA ORGANIZACIÓN PECULIAR. LOS SERES VIVOS SE NUTREN. LOS SERES VIVOS SE REPRODUCEN. LOS SERES VIVOS DEBEN MANTENER RELATIVAMENTE CONSTANTE SU MEDIO INTERNO AUNQUE VARÍE EL AMBIENTE. • LOS SERES VIVOS SE RELACIONAN. • LOS SERES VIVOS TIENEN UN PROGRAMA GENÉTICO. • LOS SERES VIVOS TIENEN LA CAPACIDAD DE EVOLUCIONAR.
• La organización observada en los seres vivos es jerárquica, es decir, cada nivel se estructura a partir de todos los niveles inferiores a él, y a la vez, el mismo actúa como parte estructural de todos los niveles superiores. Cada componente y cada parte del organismo tienen una función definida, al tiempo que mantiene una armonía con el conjunto, lo que hace que el individuo viva
• Mediante la nutrición los organismos obtienen la materia y la energía del exterior para mantener sus estructuras, desarrollarse y realizar otras funciones. • Los seres vivos se reproducen, la reproducción genera individuos con una misma organización que pueden independizarse o formar parte de un organismo más complejo. No solo se reproducen los organismos, también lo hacen las células de que están compuestos.
• El mantenimiento de la constancia del medio ambiente se logra mediante la homeostasis, formada por una gran variedad de mecanismos automáticos. • Los ácidos nucleicos contienen el programa genético que junto con el medio ambiente dirigen el desarrollo de los organismos. Cuando un organismo se reproduce, pasa una copia de su información genética a su descendencia. De vez en cuando se producen modificaciones, mutaciones, originando cambios genéticos.
• Los seres vivos detectan estímulos y emiten respuestas apropiadas a los mismos, como sucede en los animales que han desarrollado órganos sensoriales y musculares que les permiten percibir y responder a los estímulos del medio que los rodea, el equilibrio consiste en la capacidad de crear mecanismos de autorregulación frente a los cambios de su entorno.
• El material genético de una especie cambia a lo largo de muchas generaciones debido a las mutaciones, aquellos cambios genéticos que dotan a los individuos de características que les permiten sobrevivir y reproducirse mejor en las condiciones de su medio ambiente, Irán aumentando en la población. Este mecanismo recibe el nombre de selección natural y es la fuerza principal de la evolución, provoca nuevas especies
• El estudio de la vida se extiende desde la escala microscópica de las moléculas y las células que constituyen los organismos hasta la escala global del planeta vivo en su totalidad. Podemos dividir esta enorme categoría en diferentes niveles de organización biológica.
• Comprende todos los ambientes de la Tierra que están habitados por los seres vivos. • La biosfera incluye la mayor parte de las regiones terrestres; la mayor del agua, como los océanos, los lagos y los ríos; y la atmósfera hasta una altura de varios kilómetros.
• Un ecosistema comprende todos los seres vivos en un área particular, junto con todos los componentes inertes del medio ambiente con los que la vida interactúa, como el suelo, el agua, los gases de la atmósfera y la luz. Todos los ecosistemas de la Tierra combinados constituyen la biosfera.
• El conjunto de organismos que habitan un ecosistema particular se denomina comunidad biológica. • Conjunto de poblaciones que habitan en un área
• Una población comprende a todos los individuos de las especies que viven dentro de los límites de un área específica.
• Los seres vivos individuales de denominan organismos.
• La jerarquía estructural de la vida continúa desplegándose a medida que exploramos la arquitectura de los organismos más complejos. • Los órganos están organizado en sistemas o aparato, cada uno de los cuales comprende un equipo de órganos que colaboran en una función específica.
• un grupo de células similares que realizan una función específica
โ ข Unidad fundamental de la estructura y de la funciรณn de los seres vivos
• Diferentes componentes funcionales que constituyen las cÊlulas
• Estructura química que consta de dos o más unidades químicas denominadas átomos.
• Con cada paso hacia arriba en estas jerarquías del origen biológico, emergen nuevas propiedades que no estaban presentes en el nivel inmediatamente inferior. • Estas propiedades emergentes se deben al ordenamiento y a las interacciones entre las partes a medida que la complejidad aumenta. • Ejemplo la mezcla en un tubo de ensayo de clorofila y todas las demás moléculas que se encuentran en un cloroplasto no es capaz de realizar la fotosíntesis. • El proceso de la fotosíntesis surge debido a la manera muy específica en que la clorofila y las demás moléculas están distribuidas en el cloroplasto. • Biología de sistemas es proponer un modelo del comportamiento dinámico de los sistemas biológicos en su totalidad.
Los bioelementos son los elementos quĂmicos que constituyen la materia viva y en ella se puede encontrar aislados o formando parte de las molĂŠculas
PRINCIPIOS INMEDIATOS Átomos de los bioelementos
Unidos por enlace covalente
Unidos por enlace iónico
Sales minerales
Agua
Principios inmediatos no exclusivos de la materia viva
Glúcidos
Lípidos
Proteínas
Nucleótidos
Principios inmediatos exclusivos de la materia viva
Las biomol茅culas o principios inmediatos son mol茅culas resultantes de la combinaci贸n de diferentes bioelementos. Constituyen los componentes fundamentales de los seres vivos que dan origen a todas las estructuras biol贸gicas
Las biomolĂŠculas inorgĂĄnicas generalmente no tienen carbono y se encuentran tambiĂŠn en el medio inerte. Algunas de ellas son las sales minerales, los gases y el agua.
Estructura Propiedades Funci贸n
Hydrogen bonds
Hydrogen bond hielo
Agua liquĂda
–
Na
+
+
+ –
–
–
+ –
Na+
–
+
+ Cl–
Cl– – + –
+ –
+ –
–
Comportamiento de dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable.
Presión osmótica
membrana semipermeable
hipertónica
hipotónica
Para explicar la ósmosis platearemos el siguiente modelo teórico...
Seguro que ahora habrás comprendido por qué aumenta la cantidad de líquido en la disolución hipertónica. Si aún no es así tendremos que explicarlo más detenidamente…..
membrana semipermeable
hipertónica
hipotónica
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Monosacáridos de importancia biológica HEXOSAS
GLUCOSA Principal nutriente de la respiración celular en animales.
GALACTOSA Forma parte de la lactosa de la leche.
FRUCTOSA Actúa como nutriente de los espermatozoides. Libre en la fruta
MANOSA Componente de polisacáridos en vegetales, bacterias, levaduras y hongos.
Ácidos grasos saturados
• No tienen dobles enlaces. • Suelen ser sólidos a temperatura ambiente.
Grupo lipófilo de la cadena (parte carbonada) hidrófilo
Grupo
Ácidos grasos insaturados
• Tienen uno o más dobles enlaces (“codos”). • Generalmente líquidos a temperatura ambiente.
Proteínas Fórmula general de un aminoácido GRUPO CARBOXILO
GRUPO AMINO
La cadena lateral es distinta en cada aminoácido y determina sus propiedades químicas y biológicas.
Diversidad funcional de las proteínas Debido a la gran diversidad estructural, las proteínas pueden tener funciones diversas. EJEMPLO
FUNCIÓN DE RESERVA
Ovoalbúmina, caseína, zeína, hordeína...
DE TRANSPORTE
Lipoproteínas, hemoglobina, hemocianina...
CONTRÁCTIL
Actina, miosina, flagelina ...
PROTECTORA O DEFENSIVA
Trombina, fibrinógeno, inmunoglobulinas...
HORMONAL
Insulina, glucagón, somatotropina...
ESTRUCTURAL
Glucoproteínas, histonas, queratina, colágeno, elastina...
ENZIMÁTICA
Catalasa, ribonucleasa...
HOMEOSTÁTICA
Albúmina...
Estructura primaria del ADN Extremo 5’
Adenina
Citosina
Guanina
Timina
Extremo 3’
• Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster. • La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo. • Cada cadena se diferencia de otra por: > Su tamaño > Su composición. > Su secuencia de bases. • La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido:
ACGT
Extremo 5’
Extremo 3’
Estructura del ADN Extremo 3’
Extremo 5’
La célula como un sistema de membranas La célula eucariota se caracteriza por tener un verdadero núcleo y orgánulos limitados por membranas. Retículo endoplásmico Aparato de Golgi
De dos tipos
SISTEMAS INTERNOS DE MEMBRANA
CÉLULA ANCESTRAL
Núcleo, mitocondrias, plastos, peroxisomas, lisosomas y vacuolas. ORGÁNULOS MEMBRANOSOS
COMPARTIMENTACIÓN
INVAGINACIONES DE LA MEMBRANA CELULAR
CÉLULA EUCARIOTA RELACIONES DE SIMBIOSIS
Por dos vías
CÉLULAS PROCARIOTAS CÉLULAS EUCARIOTAS
Ribosomas Estructuras globulares, sin membrana, formados por varios tipos de proteína asociados a ARNr Membrana nuclear
ARN r
Las proteínas ribosomales se sintetizan en el citoplasma y pasan al nucléolo.
Subunidad pequeña
Núcleo El ARNr se sintetiza en el núcleo.
Subunidad mayor
Las dos subunidades ribosomales salen al citoplasma donde se ensamblan.
FUNCIÓN: Los ribosomas
Nucléolo
Proteínas ribosomales
Ensamblaje del ribosoma
intervienen en la síntesis de proteínas ensamblando los aminoácidos según el orden predeterminado por la secuencia de bases del ARNm
Retículo endoplásmico rugoso: presenta ribosomas en la cara citoplasmática Cisternas o sáculos del RER Ribosomas Núcleo
FUNCIONES DEL RER • Síntesis de proteínas mediante los
ribosomas y su introducción en el lumen • Glucosilación de las proteínas ( se
completa en Golgi) que se usarán para constituir membranas
Espacio citosólico Ribosoma
ARNm
Riboforina: Fija los ribosomas Espacio cisternal Saco del RER
Proteína recién sistetizada
Retículo endoplásmico liso: túbulos unidos al RER que se expanden por todo el citoplasma Túbulos del REL
RER
FUNCIONES DEL REL • Síntesis de lípidos, su almacen y transporte Se sintetizan los fosfolípidos, el colesterol y la mayoría de los lípidos de las membranas celulares. Ojo, ácidos grasos en citosol
• Contracción muscular Intervienen en la conducción del impulso nervioso necasario para la contracción del músculo estriado.
• Detoxificación Elimina sustancias tóxicas para el organismo.
• Liberación de glucosa Colabora en la degradación del glucógeno.
Complejo de Golgi: 1 ó varios dictiosomas + vesículas de secreción FUNCIONES Transporte, maduración y secreción de proteínas procedentes del RER. Glucosilación de lípidos y glucoproteínas. Síntesis de proteoglucanos y de glúcidos de la pared vegetal Núcleo
RER
Vesícula de transición. Cara proximal, de formación o cara cis del dictiosoma.
ma o os i t c Di
Cara distal, de maduración o cara trans del dictiosoma. Vesícula secretora.
Lisosomas: VESÍCULAS PROCEDENTES DE A. GOLGI QUE CONTIENEN ENZIMAS DIGESTIVAS • Digieren material procedente de la endocitosis, la fagocitosis y la autofagia.
FUNCIÓN FAGOCÍTICA DE LOS LISOSOMAS Lisosoma primario 2
Lisosomas secundarios al MET
1
2
Se forman vacuolas fagocíticas o fagosomas. Los fagosomas se fusionan con los lisosomas para formar los fagolisosomas.
Fagolisosoma o lisosoma secundario
1
Fagosoma
Vacuolas: vesículas formadas a partir de R.E., A.G., o de invaginación de la membrana plasmática FUNCIONES Vacuola Membrana Jugo vacuolar amorfo
ACUMULAR H2O ALMACEN DE SUSTANCIAS: antocianósidos, alcaloides, cristales de CaCO3 MEDIO DE TRANSPORTE ENTRE ORGÁNULOS DEL SISTEMA ENDOMEMBRANOSO Y DE ESTOS CON EL MEDIO EXTERNO
Los pétalos deben su color a los pigmentos almacenados en sus vacuolas.
Peroxisomas • Contienen en su interior enzimas implicadas en numerosas rutas metabólicas. • Se escinden por división aunque no contienen genoma propio.
FUNCIONES
LOCALIZACIÓN Y FUNCIÓN DE LOS GLIOXISOMAS
• Oxidación de los ácidos grasos.
Núcleo
• Biosíntesis de lípidos. • En las células vegetales intervienen en la conversión de ácidos grasos a glúcidos. Se produce en el ciclo del glioxilato. Los peroxisomas se llaman en este caso glioxisomas.
Cloroplasto
Centro cristalino
Mitocondria
Glioxisoma Ácidos grasos Grasas
Ciclo del glioxilato Glúcidos
Ultraestructura de una mitocondria Matriz mitocondrial Contiene:
Membrana mitocondrial externa •Contiene proteínas trasmembrana que actúan como canales de penetración
F1
•Agua y proteínas hidrosolubles. •Moléculas de ADN •Moléculas de ARN •Enzimas •Iones
Espacio intermembranoso
F0
• De contenido similar al citosol.
Membrana mitocondrial interna •Contiene gran número de proteínas como: • ATP-sintetasa, permeasas, citocromos, ...
ATP - sintetasa Consta de: • una cabeza o complejo F1: cataliza la sisntesis de ATP • Un pedúnculo o factor F0 • y una base hidrófila que se ancla en la membrana
Funciones de las mitocondrias • ß-oxidación de los ácidos grasos • Ciclo de Krebs ( en la matriz) Fosforilación oxidativa
• Cadena respiratoria
Cadena respiratoria
Los transportadores de electrones se encuentran en la membrana interna.
• Fosforilación oxidativa Se realiza en las partículas fundamentales y sintetiza la mayor parte del ATP.
Glucólisis NADPH Ácido pirúvico
• Concentración de sustancias en la cámara interna: Proteínas, lípidos, colorantes, hierro, etc.
• Duplicación del ADN mitocondrial
Ciclo de Krebs
Acetil CoA
ß-Oxidación
Ácidos grasos
Plastos Se caracterizan por
Se clasifican en
Poseer pigmentos Sintetizar y acumular sustancias de reserva.
Leucoplastos Almacenan sustancias.
Amiloplastos
AlmidĂłn
Oleoplastos
Grasas
Proteoplastos
ProteĂnas
Cromoplastos Contienen pigmentos que les dan color.
Cloroplastos Rodoplastos
Clorofila Ficoeritrina
CĂŠlulas vegetales con cloroplastos
CLOROPLASTOS:
ORGÁNULOS EXLUSIVOS DE LAS CÉLULAS VGETALES
POSEEN CLOROFILA
REALIZAN LA FOTOSÍNTESIS
EN LA FOTOSÍNTESIS LOS CLOROPLASTOS TRANSFORMAN LA ENERGÍA LUMINOSA EN ENERGÍA QUÍMICA CONTENIDA EN ATP
Ultraestructura de un cloroplasto Membrana externa e interna sin colesterol ni clorofila Tilacoides
Membrana externa (Muy permeable) Membrana interna (casi impermeable)
FUNCIONES • Fotosíntesis.
Grana
Espacio intermembranos
• Biosíntesis de proteínas. • Replicación del ADN.
Sacos estromáticos
Estroma
Contiene ADN circular y de doble hélice, plastorribosomas, inclusiones y enzimas.
El núcleo= nucleoplasmas + cromatina + nucleolos Nucleoplasma: medio interno nuclear; Cromatina= figras de ADN.
Espacio perinuclear o intermembranoso
DOBLE MEMBRANA NUCLEAR
NÚCLEO
Membrana interna Presenta un material electrodenso : la lámina fibrosa o corteza nuclear
PORO NUCLEAR Membrana externa 7 a 8 nm
CITOPLASMA
El ciclo celular: núcleo en interfase (cromatina por descondensación de cromosomas) + núcleo en división (cromosomas) Fase permanente en células que no entran nunca en mitosis. Estado de quiescencia.
Fase G00
Síntesis de proteínas y aumento del tamaño celular.
Fase G11 Replicación del ADN y síntesis de histonas.
Citocinesis Fase S
División del citoplasma Interfase
Fase de mitosis División celular
Transcripción y traducción de genes que codifican proteínas necesarias para la división. Duplicación de los centriolos
Fase G22
PROFASE
METAFASE
Condensación de la cromatina → cromosomas. Desaparición de la envoltura nuclear ANAFASE
TELOFASE
n
2n Sobrecruzamiento
El núcleo (interfásico) NÚMERO: Suele se único pero se producen Envoltura nuclear (doble membrana)
Nucleoplasma (matriz nuclear)
ESFÉRICO
excepciones. Nucléolo (dónde se - Células anucleadas (eritrocitos) sintetiza el ARN r) - Células binucleadas (paramecio) - Células plurinucleadas (fibras musculares). Sincitio
Cromatina (ADN y proteínas asociadas)
OVALADO
POLILOBULADO
FORMA Y POSICIÓN: - Célula vegetal: discoidal y lateral - Célula animal: esférico y central
← Núcleo
Citoplasma →
CÉLULA VEGETAL
CÉLULA ANIMAL
ESTRUCTURA DEL PORO NUCLEAR LOS POROS NUCLEARES REGULAN EL INTERCAMBIO DE MOLÉCULAS ENTRE EL NÚCLEO Y EL CITOSOL.
Complejo del poro nuclear (formado por ribonucleoproteínas dispuestas en octógonos) Proteína central (ribosomas recién formados)
Fibrilla
Partículas proteícas cónicas (deja libre sólo unos 100 A )
Lámina fibrosa
Son estructuras dinámicas, capaces de formarse y desaparecer, dependiendo del estado funcional de la propia célula.
FUNCIONES DE LA ENVOLTURA NUCLEAR Separa nucleoplasma del citosol
Regular el intercambio de sustancias: entran nucleotidos, ADN polimerasas, ARN polimerasas, histonas. Salen ARN m y subunidades ribosรณmicas
Constituciรณn de los cromosomas a partir de la cromatina, formaciรณn de la nueva envoltura nuclear al acabar la divisiรณn celular y distribuciรณn interna de la masa de cromatina en el nuevo nucleolo
NUCLEOPLASMA, O NUCLEOPLASMA, O CARIOLINFA, O CARIOPLASMA: sintetiza ácidos ribunocleicos y ADN nuclear. Evita formación de nudos de cromatina
NUCLEOPLASMA: estado gel. Estructura y función análoga al citoesqueleto citosólico
NUCLEOTIDOS DE ARN Y ADN, IONES Y AGUA RIBONUCLEOPROTEÍNA, HISTONAS, ENZIMAS POLIMERASAS al microscopio electrónico presenta
en el que se distinguen
interfásico
tiene como funciones
consta de varios componentes
COMPONENTE ESTRICTAMENTE NUCLEOLAR
NUCLÉOLO: en núcleo
SÍNTESIS DEL ARNr PROCESAMIENTO DE LAS SUBUNIDADES RIBOSOMALES al microscopio óptico presenta
COMPONENTE NUCLEAR Las fibras de cromatina pueden encontrarse como
ZONA GRANULAR
CROMATINA INTRANUCLEAR
ZONA FIBRILAR
CROMATINA PERINUCLEAR
NUCLEOLONEMA
embutido en la
PARTE AMORFA
Ultraestructura de la cromatina: aparece como masas amorfas adosada a la lámina nuclear o en contacto con el nucleolo Octámero de histonas (dos moléculas de H 2A, dos de H2B, dos de H3, y otras dos de H4)
Cromosoma
Superespiralización: dominios estrucutrales en forma de bucles 700 nm
Nucleosoma 300 nm Espiralización de segundo grado
10 nm Histona H1
30 nm Doble hélice de ADN Espiralización de primer grado.
CROMATIDA
CENTRÓMERO
CROMATIDA
Número de cromosomas de nuestra especie • Es constante en todas las células que pertenecen a un mismo organismo, excepto en las células reproductoras o gametos, que contienen la mitad de cromosomas que una célula normal. • La mayoría de organismos tienen dos juegos de cromosomas (diploides). • No guarda relación con el nivel evolutivo alcanzado por la especie. CARIOTIPO HUMANO FEMENINO
CARIOTIPO HUMANO MASCULINO
Cromosomas sexuales XX
Cromosomas sexuales XY
Estructura del cromosoma metafásico El cromosoma metafásico está constituido por dos cromátidas unidas por el centrómero que divide al cromosoma en dos brazos. Su nivel de complejidad estructural es mayor que la cromatina del núcleo interfásico Centrómero
BRAZO
Cinetocoro: organiza microtúbulos
Constricciones secundarias
BRAZO
Bandas Telómero
Tipos de cromosomas En función de la posición del centrómero y de los índices de proporcionalidad, se distinguen cuatro tipos.
METACÉNTRICOS
SUBMETACÉNTRICOS
ACROCÉNTRICOS
CROMOSOMA
i. p. b.
i. p. c.
Metacéntrico
1
1/2
Submetacéntric o
1 - 1/3
1/2 - 1/4
Acrocéntrico
< 1/3
< 1/4
Telocéntrico
0
0
TELOCÉNTRICOS
Índice de proporcionalidad de brazos:
i.p.b. =
longitud brazo corto longitud brazo largo
Índice de proporcionalidad centromérica:
i.p.c. =
longitud brazo corto longitud cromosoma
S.M. CAMPBELL, REECE, TRINIGEO