Biologia i

EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR A DISTANCIA

Biología I

CUADERNILLO DE PROCEDIMIENTOS PARA EL APRENDIZAJE Con la colaboración de:

Leticia Alcázar Esquivel Ana María Sánchez Manzanilla Mirian Yaneli Acosta González

BIOLOGÍA I Cuadernillo de procedimientos para el aprendizaje

Con la colaboración de : Leticia Alcázar Esquivel Ana María Sánchez Manzanilla Mirian Yaneli Acosta González

EMSAD

EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR A DISTANCIA

BIOLOGÍA I Cuadernillo de Procedimientos para el aprendizaje Con la colaboración de: Leticia Alcázar Esquivel Ana María Sánchez Manzanilla Mirian Yaneli Acosta González

Coordinación de Educación Media Superior a Distancia Martha Elena Fuentes Torres Departamento de Diseño de Material Didáctico y Capacitación: Antonio Cadena Magaña Revisión y asesoría académica: Víctor Manuel Mora González Diseño Gráfico: Mildred Ximena Uribe Castañón Corrección de Estilo Cristina Miranda Huerta

©Secretaría de Educación Pública. México, enero de 2008.

Subsecretaría de Educación Media Superior Dirección General del Bachillerato Educación Media Superior a Distancia ISBN: En trámite Derechos Reservados

ÍNDICE

1 2 3

CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

BIOLOGÍA CELULAR

7

79

DIVERSIDAD BIOLÓGICA 122

RESPUESTAS

145

4

PRESENTACIÓN La Biología, sin lugar a dudas, es uno de los pilares de la revolución científica y tecnológica del momento. Sus últimos descubrimientos impactan en la conciencia social y obligan a reflexionar sobre temas tan trascendentes, como la pérdida de la biodiversidad y sus implicaciones, la importancia de los procesos fotosintéticos a nivel global y el impacto ambiental, provocado por el deterioro y la destrucción de diversos ecosistemas.

El estudio de la naturaleza de la vida ha avanzado en las últimas décadas de manera vertiginosa, al grado que la Biología actual ha ampliado sus fronteras de investigación, pasando del estudio del individuo en su dimensión biológica al análisis y conocimiento de los niveles celulares y moleculares, para explicar los fenómenos vitales. De tal manera que se ha propiciado el desarrollo de nuevas ramas, Biología y Fisiología Celular, Bioquímica, Biología Molecular, Genética, entre otras, las cuales a su vez, utilizan técnicas avanzadas de investigación microscópica y ultramicroscópica, sin excluir obviamente, las investigaciones físicas y químicas inherentes a la biología.

El papel formativo de la Biología en el bachillerato, presenta varios aspectos importantes. En un sentido, se pretende ampliar y profundizar los conocimientos previos con que cuenta el alumno sobre los mecanismos que rigen el mundo vivo, como el conocimiento de la estructura y función celular, subcelular y molecular. Además, se pretende promover una actitud investigadora basada en el análisis, prácticas, técnicas y procedimientos que han permitido avanzar en estos campos científicos. Finalmente, se busca fomentar la valoración de las implicaciones socioeconómicas, éticas y ambientales que se derivan de los nuevos descubrimientos y aplicaciones de la Biología.

Es importante resaltar que esta disciplina se relaciona estrechamente con la Física puesto que comparten el estudio de los fenómenos de la materia y la energía; con la Geografía al proporcionarle los conocimientos de los espacios geográficos como la corteza terrestre, la hidrósfera y la atmósfera, donde se distribuyen los seres vivos; con las Matemáticas como herramienta básica en la interpretación de modelos que le ayudan a resolver problemas relacionados con los fenómenos naturales y la Ecología como parte complementaria en el estudio de las relaciones de los seres vivos y su medio ambiente.

La asignatura de Biología I se imparte en el cuarto semestre y junto con Biología II, de quinto semestre, constituyen la materia de Biología. Los contenidos de esta asignatura, se centran específicamente en el nivel molecular y celular, buscando la explicación científica a los fenómenos biológicos a este nivel, sin perder de vista el aspecto integrador de los seres vivos, al estudiar las características distintivas de los mismos. Analizando además, de manera crítica y bajo un marco ético, las diferentes teorías acerca del origen de la vida, entre otros contenidos de carácter integrador.

Una unidad de relevante importancia, es la relativa a Biodiversidad, donde se abordarán los nuevos criterios de clasificación de los seres vivos, así como su importancia dentro de un contexto social, económico y ecológico, sin dejar de señalar a México

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como un país mega diverso, siendo nuestra responsabilidad la preservación y explotación sustentable de estos recursos.

El contenido del programa está estructurado en las siguientes unidades: Unidad I: Características de los seres vivos.

Unidad II: Biología celular.

Unidad III: Diversidad biológica.

Objetivo de la asignatura Serás capaz de plantear problemas y alternativas de solución respecto a la diversidad biológica, a partir de la delimitación de la Biología como ciencia interrelacionada con otras disciplinas y el análisis estructural, funcional y evolutivo de los seres vivos en general y de la célula en particular; utilizando la observación sistemática y el razonamiento deductivo e inductivo para derivar criterios de clasificación que permitan establecer relaciones de parentesco entre los grupos naturales y/o dominios, de los que se infiera la biodiversidad de nuestro país, su preservación y manejo sostenible de nuestros recursos naturales en un ambiente de participación, respeto, tolerancia e interés científico.

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CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Objetivo de la unidad: Explicarás las características y el origen de los seres vivos, a partir de la conceptualización de la Biología como ciencia, su campo de estudio e importancia, así como su relación con otras ciencias, analizando las bases químicas inherentes a los seres vivos, comparando las diferentes teorías del origen de la vida y sus características distintivas, mediante la observación directa e indirecta de los objetos de conocimiento y su contextualización en situaciones reales, en un ambiente participativo, tolerante y de respeto.

¿

¿

¿Qué voy a aprender?

¿

1

UNIDAD

¡Hola! Bienvenido al fascinante mundo de la biología.

Te has preguntado alguna vez ¿por qué puedes vivir? ¿qué es la vida? ¿cómo y cuando se originó la vida? y una pregunta –común a todos nosotros– ¿sólo en la tierra hay vida? El hombre se planteó una y mil preguntas más como éstas desde sus inicios, sobre todo cuando necesitaba resolver problemas para poder subsistir, como era el de satisfacer necesidades alimenticias, vestimenta, medicinas paraenfrentar las enfermedades, herramientas, etc. Es importante recordar que muchos de los conocimientos sobre el uso de plantas, animales y los recursos que tenía en su medio para satisfacer las necesidades antes mencionadas, se obtuvieron a través de conocimientos empíricos que partían de observaciones sencillas y luego pasaban a ensayos de prueba y error.

A través del tiempo, conforme se avanza en otras ciencias como la física y la química, la biología también puede obtener más eficazmente nuevos conocimientos.

Esta unidad tiene como objetivo principal participarte de todo lo relacionado con la Biología, es decir, que conozcas qué estudia esta gran ciencia que forma parte de las ciencias naturales; cómo obtiene sus conocimientos; su importancia por las tantas aplicaciones que el hombre ha hecho a través de la historia en muchas otras ciencias con la finalidad de satisfacer muchas necesidades cotidianas de la humanidad. Como ejemplos podemos citar los siguientes: un joven estudiante de ingeniería, después de observar la especie de araña Nephila clavipes, realizó diferentes análisis para identificar la composición y estructura de la seda de su telaraña y descubrió que ésta era más resistente que el acero; todos los niños y niñas hemos jugado al fútbol y sabes, la gente nativa del trópico desde épocas ancestrales descubrieron que el caucho –líquido lechoso– que sale del árbol de la especie Hevea brasiliensis (árbol del caucho) les servía para modelar esferas con las que jugaban al fútbol y éste en la actualidad tiene un papel importantísimo en la industria automotriz, pues es un material indispensable en la fabricación de las llantas; otro ejemplo, es sobre la especie de hormiga toro una de las especies más grandes originaria de Australia, la cual es empleada por un grupo étnico para hacer cataplasmas que colocan sobre las heridas de las personas y así evitan que se infecten, esto se debe a que esta especie al igual que todas las hormigas posee unas glándulas llamadas metafrontales que producen antibióticos más eficientes que los provenientes de la penicilina y que sin lugar a dudas será de gran utilidad en las ciencias médicas, para poder elaborar antibióticos en el tratamiento de enfermedades.

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Además de todo lo anterior, la Biología pretende descubrir cómo se originó la vida y en ese quehacer ha invertido mucho tiempo, de hecho hasta nuestros días continúa en tan misterioso e importante propósito. Una tarea más es la de establecer sistemas de clasificación a partir de describir a las especies, apoyada en los conocimientos que le aportan muchas disciplinas y, si piensas que es todo, ¡no! Podemos considerar a la biología como una ciencia muy ambiciosa, que procura obtener hasta el más mínimo de los detalles –información propiamente– de los diferentes niveles de organización, desde la célula hasta el conjunto de los ecosistemas, por ello, también participa en la solución de los problemas derivados de las actividades que realiza el hombre, muchas veces desmesuradas e inconcientes que, como te has dado cuenta, terminan por causar estragos a lo largo y ancho de nuestro hermoso planeta, como son: la extinción de las especies, destrucción de ecosistemas, contaminación de agua, suelo y aire, que si bien estos últimos elementos se consideran abióticos –sin vida–, son esenciales para la continuidad de los seres vivos, y recuerda que tú formas parte de ese grupo.

De lo antes expuesto podemos resumir que la Biología es una ciencia interdisciplinaria y multidisciplinaria, que se apoya en otras ciencias y ella misma ha tenido que especializarse estableciendo disciplinas centradas en un objetivo particular de estudio, para así poder obtener conocimientos completos sobre las diferentes incógnitas y problemas en el diario acontecer de la humanidad.

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En ese sentido, es importante que sepas que la biología analiza lo que está ocurriendo en cada una de tus células, de tus tejidos, de tus órganos y sistemas, de hecho lo que ocurre con cada uno de los individuos al estar interactuando con otros seres vivos e incluso con los elementos sin vida como suelo, agua y aire, porque todo en su conjunto forman complejos sistemas de vida y recuerda que tú no escapas a tal complejidad.

Bueno, ya mencionamos muchos de los objetivos de estudio de la biología, sin embargo, también es importante señalar que para ello se convierte en algo así como el Sherlock Holmes de las ciencias, ya que indaga, analiza y especula sobre un caso particular a investigar, con gran serenidad y paciencia para dar solución a los problemas propuestos.

Podemos considerar que la biología se caracteriza porque es una ciencia básica y aplicada, ya que algunos de sus descubrimientos contribuyen a enriquecer el conocimiento, pero éste sirve de base para generar otros conocimientos que ayudan a resolver diversos problemas del hombre, como la obtención de más alimentos, medicamentos, el origen de una enfermedad y buscar el agente causal de las enfermedades, entre otros.

Algo que no debes olvidar es que ahora eres un individuo activo para obtener tus conocimientos, por lo tanto, te recomendamos diferentes fuentes de consulta tanto bibliográficas como electrónicas.

Fuentes de consulta

Es importante que recuerdes que puedes consultar los textos que estén a tu alcance y aborden los temas que comprende la unidad; te sugerimos los siguientes: Bibliografía básica: • Audesirk, Teresa y Audesirk Gerald. Biología, ciencia y naturaleza. México, Pearson Prentice Hall, 2004.

• Cervantes, Marta. Biología general. 2ª ed. México, Publicaciones Cultural, 2004.

• Galván Huerta, Silvia y Bojórquez Castro, Luis. Biología. México, Santillana, 2002.

• Jimeno, Antonio, Ballesteros Manuel y Ucedo, Luis. Biología. México, Santillana, 2003.

• Starr, Cecile y Taggart, Ralph. La unidad y diversidad de la vida. 10ª ed. México, Thomson, 2004.

Bibliografía complementaria: • Alonso, Eréndira. Biología, un enfoque integrador. México, Mc Graw-Hill, 2003.

• Espinosa, Graciela y otros. Biología I y II. México, McGraw-Hill Interamericana, 2002.

• Ondarza, Raúl. Biología Moderna. 2ª reimpresión, México, Trillas, 2002.

• Overmire, Thomas. Biología. México, Grupo Noriega Editores, 2003.

• Rosenblueth, Arturo. El método científico. México, Ediciones Científicas La Prensa Médica Mexicana, 2003.

• Wallace, Robert. Biología molecular y herencia. La ciencia de la vida. México, Trillas, 1999.

Enciclopedia Encarta • Biología • Vida • Reino (biología)

Sitios Web: • www.inrena.gob.pe/escolares/imagenes/ • http://web.educastur.princast.es/cp/ventanie/Webquest/webquest.htm • http://www.aldeaeducativa.com/aldea/Tareas2.asp?which=7 • http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/chapters.html • http://www.biologia.edu.ar/

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¿Cómo aprendo?

1.1. INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA. 1.1.1. La Biología como Ciencia

Objetivo temático: Describirás a la Biología como ciencia reconociendo su campo de estudio, relaciones interdisciplinarias y su correlación con la tecnología y la sociedad a partir del razonamiento analógico y el análisis de situaciones reales documentadas.

Actividades: 1. Utilizando los medios que tengas a tu alcance, investiga los siguientes conceptos básicos y haz tu glosario:

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• Biología • Biósfera • Botánica • Célula • Comunidad • Ecosistema • Microbiología • Organismo (individuo) • Órgano

• Población • Sistema o aparato • Tejido • Teoría Creacionista • Teoría de la Panspermia • Teoría de la Generación Espontánea • Vida • Zoología

• Teoría de la síntesis abiótica • Experimentación • Crecimiento • Irritabilidad • Hipótesis • Diseño experimental • Homeostasis • Observación • Organización

2. Observa las imágenes que a continuación se te presentan.

ECOSISTEMAS TERRESTRES

• Planteamiento del problema • Metodo científico • Adaptación • Teoría • Ley • Metabolismo • Reproducción

ECOSISTEMA ACUÁTICO

¿Comparten características semejantes?, Sí ¿Cuáles?

3. Ahora descríbelas y comenta tu descripción con tus compañeros. ¿Tuvieron puntos de coincidencia? Sí, ¿cuáles? No, ¿por qué?

4. Investiga lo que a continuación se te solicita en los medios que tengas a tu alcance. a) ¿Qué estudia la Biología? b) Busca un concepto de vida. Coméntalo con tu asesor y compañeros. c) Investiga las diferencias entre lo vivo y lo no vivo d) ¿Por qué la Biología forma parte de las Ciencias Naturales? e) Investiga cómo apoyan otras ciencias a la Biología, por ejemplo la Química, Física, Historia, Geografía, Matemáticas, Geología, entre otras. f) ¿Como se divide la Biología, de acuerdo con su objeto de estudio?

5. La microbiología a su vez se divide en varias disciplinas, investiga su objeto de estudio y relaciona las siguientes columnas colocando en el paréntesis la letra correspondiente. ( ( ( (

) ) ) )

virología bacteriología micología protozoología

a)protozoarios b) hongos c)bacterias d) virus

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6. Completa el siguiente cuadro, señalando el objeto de estudio de las siguientes ciencias de la biología.

CIENCIA

OBJETO DE ESTUDIO

Botánica Zoología Citología Histología Anatomía Fisiología Embriología Genética Microbiología Parasitología

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Patología Paleobiología Evolución Inmunología Ecología Taxonomía

7. La botánica y la zoología se especializan en el estudio de los seres vivos de acuerdo con su grado evolutivo; primeramente investiga y a continuación coloca sobre la línea el nombre de la disciplina que estudia a los seres vivos que se indican.

Criptógamas (plantas sin flor ni fruto ) Fanerógamas (plantas con flor y fruto) Micología Hepáticas, Musgos y Selaginelas Orquídeas Insectos Peces Anfibios y reptiles Aves Mamíferos

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________

8. Realiza las siguientes lecturas y después comenta con tus compañeros por qué es importante para ti la biología. Asimismo, identifica de qué manera se establece relación entre la biología, la sociedad y la tecnología.

SANGRE UNIVERSAL Investigadores daneses encontraron la forma de convertir cualquier grupo sanguíneo al O, el cual poseen los donantes universales.

Después de numerosos análisis comparativos y técnicas bioinformáticas, los científicos liderados por Henrik Clausen, de la Universidad de Copenhage, hallaron, en una bacteria, dos nuevas enzimas del tipo glicosidasa que tienen el potencial de realizar la citada conversión.

Las presencia o ausencia de antígenos –moléculas en forma de azúcares inductoras de la producción de anticuerpos determina los distintos grupos sanguíneos. De aquí, que el grupo O, el cual no tiene antígenos en su superficie celular, puede ser suministrada a cualquier paciente que tenga anticuerpos A o B. El papel de las dos enzimas es suprimir de la superficie de los glóbulos rojos las moléculas responsables de desencadenar la reacción inmune del organismo contra las células sanguíneas del donante. Basta con incubar glóbulos rojos con las enzimas durante 60 minutos para obtener un tipo de sangre O. Guadalupe Gutiérrez, en Ciencia y Desarrollo. Vol. 33, Núm. 207, Mayo 2007, México, p. 10.

PLÁSTICO DE MAÍZ Ya existe en varias partes del mundo, es transparente y se conoce como ácido poliláctico (PLA); se obtiene a partir de los azúcares de este cereal, que al ser fermentados producen ácido láctico.

Con el PLA se hace hilo para sutura, implantes, cápsulas para liberación lenta de fármacos, prótesis, así como envases y empaques para alimentos.

Ejemplo de ellos es una botella de agua elaborada en el Reino Unido, la cual es comercializada desde 2005. Incluso, dos años antes, la Grapentine Company aseguraba, con base en encuesta, que los consumidores aceptarían dichos envases.

El ácido láctico puede obtenerse por vía química o biotecnológica; la primera se basa en una síntesis química, y la otra en la fermentación de sustratos ricos en carbohidratos por microorganismos.

El gran número de aplicaciones del PLA se debe a sus propiedades físicas, químicas y mecánicas, las cuales son poco usuales en los polímeros y son más importantes que su misma capacidad de biodegradación.

Op. Cit., Vol. 33, Núm. 209, Julio 2007, México, p. 23.

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MERISTEMOS Fuente inagotable de vida vegetal –Resumen– Los meristemos son estructuras diminutas localizadas en las puntas de los tallos, la raíz de una planta y, en algunos casos, en toda ella, las cuales poseen células madre o pluripotenciales y, gracias a ellas, lo meristemos resultan ser extraordinarias fábricas de órganos y tejidos, a lo largo de toda la vida de la planta.

El estudio sobre los meristemos permite ampliar el conocimiento acerca del funcionamiento de las plantas; asímismo, nos permite obtener de manera controlada plantas enteras o partes de ellas, dependiendo del medio en que se cultiven. Esto se debe a que las células de los meristemos tienen la característica de poder dar lugar a cualquier tejido vegetal, lo que permite conservar y reproducir plantas que podrían extinguirse, así como producir aquellas carentes de infecciones virales útiles para su conservación en bancos de germoplasma (son colecciones de material vegetal vivo que tienen como objetivo recolectar y conservar plantas para el futuro de la sociedad).

Julia Cano Sosa y Enrique Castaño de la Serna, en Ciencia y Desarrollo, Vol. 33, Núm. 207, May 2007, México, pp.

6 - 9.

UNA SOLA MOLÉCULA -Resumen-

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Los avances recientes en la detección y manipulación de una sola molécula abren una serie de nuevas posibilidades para aumentar los conocimientos en muchas áreas de investigación científica. Por ejemplo, estudiar de qué se compone el plancton y qué moléculas son las responsables de la fosforescencia del mismo.

Las aplicaciones de esta área de la ciencia son de gran interés para muchos campos de la investigación científica y se espera sean de gran utilidad en el desarrollo de nuevos materiales de uso tecnológico. Un ejemplo de beneficios proporcionados por el estudio de moléculas aisladas es descubrir, en el amplio espectro de los compuestos que existen en nuestro organismo, cuál es el responsable de una enfermedad específica, como pueden ser los diferentes tipos de cáncer, también nos permitirá modificar el ADN de una persona que padece una enfermedad a causa de la alteración de un gen.

Nuevas tecnologías Las técnicas de microscopía utilizadas hoy en día permiten obtener imágenes sobre superficies de una sola molécula y, con ello, examinar e identificar su tipo y estructura, en tiempo real, las trayectorias de reacción de una molécula individual, sin necesidad de emplear un promedio general sobre una gran cantidad de ellas.

Sin embargo, aún es necesario optimizar los instrumentos para obtener altas resoluciones en el orden de 1-100 nanómetros.

En esta escala es posible observar los movimientos libres de las moléculas, así como las fluctuaciones espacio-temporales que puedan ocurrir.

Más ventajas Gracias a los estudios de detección de una sola molécula se puede obtener información en tiempo y espacio real relacionados con procesos celulares complejos como la signalización (proceso mediante el cual las células se mandan señales unas a otras para responder a diferentes eventos, tales como las enfermedades); transcripción (síntesis de nuevas proteínas) o la translación (movimientos de constituyentes celulares o de la misma célula), así como la estructura y funcionamiento del ADN. El futuro de la detección de una sola molécula Hasta ahora los mejores trabajos desarrollados en el campo de la detección de una sola molécula han sido realizados mediante instrumentos construidos de forma artesanal en el laboratorio de investigación; sin embargo, será necesario construir fuertes lazos de colaboración entre químicos, físicos, bioquímicos, biólogos e ingenieros tanto electrónicos como en computación. La interdisciplinariedad contribuirá a resolver problemas biológicos de actualidad.

Mildred Quintana Cruz, en Ciencia y Desarrollo, Vol. 33, Núm. 207, Mayo 2007, México, pp 20 - 24.

1.2. NIVELES DE ORGANIZACIÓN Objetivo temático: Explicarás los diferentes niveles de organización de la materia, su método de estudio y sus límites, a partir de la revisión documental y de experiencias de laboratorio en un ambiente participativo y de respeto.

Podemos considerar que la materia se ha organizado desde el momento mismo en que se formó el Universo; en dicho proceso se involucran directamente la materia y la energía, por lo tanto, la física y la química son de gran utilidad a la Biología para poder entender cómo se organiza la materia.

Sabemos que la mínima unidad de materia propiamente dicha es el átomo y que átomos iguales forman elementos, dos o más elementos unidos químicamente forman compuestos y estos pueden ser de carácter orgánico e inorgánico; hasta este nivel el hombre tiene resuelta la transformación y organización de la materia, que corresponde al nivel químico. Sin embargo, el gran salto del nivel químico al nivel biológico es la gran incógnita, aún cuando existen muchas teorías para explicar tan impresionante evento, el hombre no puede comprobar ninguna. Lo cierto es que a partir de la mínima unidad de vida, o sea, la célula, la evolución se puede explicar y entender con mayor facilidad.

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Así, las células se organizaron para realizar trabajos en común como un mecanismo de protección y de sobrevivencia, de esta manera se explica el paso del nivel unicelular al pluricelular. Este cambio facilitó la formación de tejidos, los cuales se organizaron para formar órganos, éstos a su vez forman aparatos o sistemas y en su conjunto constituyeron al individuo u organismo. Todos los niveles citados corresponden al nivel biológico.

Ahora describamos el nivel ecológico. Grupos de individuos con características semejantes y que tienen la capacidad de reproducirse y tener descendencia fértil reciben el nombre de especie, las cuales se caracterizan por establecerse en un lugar específico con varios individuos para constituir poblaciones. Poblaciones de diferentes especies que interactúan entre sí forman comunidades, éstas se organizan para formar ecosistemas y el conjunto de ecosistemas que forman nuestro planeta constituyen la biósfera.

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Al leer sobre la forma en que se estructuran los diferentes niveles de organización podemos compararlo con el hecho de ir subiendo los peldaños de una escalera, es decir, un proceso continuo; sin embargo, el gran salto de pasar del nivel químico al nivel biológico es una gran incógnita, ya que no conocemos las condiciones, los factores, los elementos que participaron en la formación de lo que propiamente concebimos como seres vivos y más aún, el tiempo que transcurrió en nuestro planeta para que este impresionante evento ocurriera y a partir del cual la evolución transformó en millones y millones de seres vivos tan diferentes, algunos que sorprendentemente viven hasta nuestros días –las bacterias– y otros más que fueron desapareciendo en el transcurso del tiempo, pero que sin duda son en muestras de que la materia constantemente se organiza y se perfecciona.

Actividades: 1. Lee nuevamente y reflexiona sobre la complejidad de la biósfera, el proceso de organización de la materia y el cómo explicar los eventos que ocurrieron a través del tiempo, así como la importancia de cuidar nuestra biósfera, recuerda que tú formas parte de ella.

2. Investiga en el medio que tengas a tu alcance los aspectos señalados en el siguiente cuadro y complétalo.

NIVEL DE ORGANIZACIÓN

DEFINICIÓN

Átomo Elemento Molécula Compuesto Célula Tejido Órgano Aparato o sistema Individuo Población Comunidad Ecosistema

Biósfera

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3. Completa el esquema; coloca dentro del cuadro el nivel de organización que corresponda y sobre la línea la(s) disciplina(s) que estudia(n) el nivel que se señala.

Nivel:___________

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Nivel:___________

Citología

CÉLULA

Nivel: QUÍMICO

4. De acuerdo con el esquema anterior, contesta las siguientes preguntas: a) ¿Qué nivel de organización está presente en todos? b) ¿Qué nivel de organización incluye a todos? c) ¿En qué nivel de organización te encuentras tú?

5. Resuelve la sopa de letras; encuentra los niveles de organización y algunos ejemplos que están presentes. Te damos una pista, son 15 palabras.

A P A R A T O O C E

B P I N O S I S T E

I S A A L B O P I P

O T S E U P M O C O

S I S T E M A B E B

F M O L O A E L T L

E C O S I S T E M A

R C E L T E J O A C

A O B C E I J O M I

L R R I D C E L U O

U G A O O E U U B N

L A P A R S I L I C

E N A R I Z F A A O

C O M U N I D A D M

S E L V A P A R A U

1.2.1. El Método Científico y su aplicación En la vida cotidiana, a todos se nos presentan problemas que obviamente tenemos que resolver, precisamente ese es el objetivo del método científico: contribuir con las ciencias naturales a encontrar respuesta a muchas incógnitas y resolver problemas que afectan a la humanidad. Lo anterior significa que es indispensable aplicarlo para lograr propósitos específicos, pero, ¿qué es el método científico?, Te invitamos a profundizar más sobre el tema y realiza las actividades que a continuación se señalan.

5. Responde a las preguntas, como ya sabes, empleando los medios que tengas a tu alcance. a) ¿A qué se le llama ciencia? b) ¿Qué diferencia hay entre las ciencias formales y las ciencias factuales? c) ¿Por qué la biología es una ciencia natural? d) ¿Qué es la tecnología? e) ¿Qué es el método científico?

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f) ¿Cuáles son los pasos del método científico? g) Describe cada uno de los pasos para que sepas cómo se realizan. h) ¿Qué relación se establece entre la tecnología y el método científico? i) Define el conocimiento científico y el conocimiento empírico. j) ¿Qué instrumento tuvo un papel importante en el avance de las investigaciones en la Biología? k) Describe brevemente cada una de las partes que forman al microscopio óptico. l) ¿Qué tipos de microscopio utiliza el hombre? m) ¿Qué otras herramientas apoyan actualmente las investigaciones científicas en la Biología? n) Define los conceptos: Experimento, Datos, Resultados, Teoría, Ley, Prin-

cipio.

6. Lee el siguiente artículo, luego responde las preguntas propuestas.

ENFERMEDAD DE LOS LEGIONARIOS

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En julio de 1976, alrededor de 180 personas se enfermaron durante la Convención Americana Legionaria en Pennsylvania.

Esta enfermedad llegó a conocerse como enfermedad de los Legionarios. Los pacientes tenían fiebre, tos y desarrollaron pulmonía. Veintinueve de estas personas murieron. Los médicos estaban desconcertados. ¿Cuál era la causa de la enfermedad?

Los médicos, al investigar sobre la enfermedad de los Legionarios, se sirvieron de su experiencia y de la experiencia de otros médicos. Probaron en los tejidos de gente enferma si había sustancias químicas venenosas y buscaron microorganismos que se sabía producían enfermedades similares, pero no las encontraron.

El centro para el Control de Enfermedades en Atlanta, Georgia, designó a un grupo de médicos, estadísticos, microbiólogos y tecnólogos para trabajar en el problema de esta extraña enfermedad. No encontraron evidencia de que la enfermedad pasara de una persona a otra. Tampoco había señal alguna de que estuviera relacionada con la comida, el agua o los animales (aves, mamíferos o insectos). Los hechos sugerían que la causa era un microbio desconocido presente en el aire. Se buscaron microorganismos y sustancias químicas en el suministro de agua, en el sistema de ventilación, en la cocina, en el depósito de basura. No se encontró nada.

Entonces se hizo un descubrimiento, se encontró una bacteria en el tejido pulmonar de uno de los pacientes muertos por la afección. ¿Podría ser esta la causa de la enfermedad?

El organismo encontrado en el tejido pulmonar se inyectó a diferentes animales. En la prueba final se usó material de embriones de pollo infectados con la bacteria. El material se mezcló con sangre de la gente que había tenido la enfermedad de los Legionarios y había sobrevivido.

En su sangre había sustancias químicas que sus cuerpos habían producido para combatir a la

bacteria. Estas sustancias reaccionaron con la bacteria de los embriones de pollo. En el control del experimento, se mezcló sangre de gente que nunca había tenido esta enfermedad con la bacteria del embrión de pollo. No se observó reacción alguna. Ahora se sabía que la nueva bacteria era la causa de la enfermedad. Se le llamó Legionella pneumophilla.

Una vez concluida la investigación, los científicos del Centro de Control de Enfermedades que estudiaron la Enfermedad de los Legionarios, publicaron sus resultados en revistas científicas, para divulgar tan importante hallazgo.

Adaptado de http://www.dhsint.com/epidemiologos/Buscador/abstract/109/109.asp

7. Ahora responde lo siguiente: a) Definición del problema.

• ¿Cuál es el problema que se identifica?

• ¿Qué se debe hacer con el problema para resolverlo? b) Recolección de la información.

• ¿Qué información tenían sobre la enfermedad?

• De acuerdo con la fecha en que sucedió, ¿dónde buscarían información los científicos para obtener los antecedentes sobre la enfermedad? c) Construcción de la hipótesis.

• ¿Qué hipótesis se planteó para intentar resolver el problema? d) Experimentación para probar la hipótesis (Diseño experimental) • ¿En qué consistió el experimento que diseñaron para probar la hipótesis? e) Observación y registro de los datos del experimento • ¿Aceptaron o rechazaron la hipótesis? Sí, No, ¿por qué?

• ¿Bajo qué condiciones se realizó el experimento?

• ¿Cuáles fueron sus resultados?

• ¿Qué nombre le dieron a la bacteria que causaba la enfermedad? f) Conclusiones • ¿Cuál es la conclusión, de acuerdo con sus resultados?

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g) Informe de la investigación.

• Elabora un breve informe que contenga la metodología de la investigación los resultados y las conclusiones. h) Publicación del informe.

• Si tú fueras el investigador, ¿dónde publicarías tu informe para que éste llegue a un mayor número de científicos y a la población en general?

8. De acuerdo con observaciones hechas en tu localidad, diseña un experimento para resolver algún problema biológico que identifiques, recuerda que cuentas con el apoyo de tu asesor 9. Resuelve el siguiente crucigrama.

1 2

3

5

4

1

6

22 2

3

4

5

HORIZONTALES 1. Método que implica poner en práctica experimentos para obtener una verdad.

2. Posible solución del problema.

3. Conjunto de conocimientos objetivos de las cosas.

4. Se emplean para hacer las observaciones y ayudan a identificar los problemas.

5. Instrumento que facilitó conocer a los seres vivos que a simple vista el hombre no podía observar.

VERTICALES 1. Datos que se obtienen como resultado del experimento y sirven para aceptar o rechazar la hipótesis.

2. Consiste en ver detenidamente algo que despierta nuestro interés.

3. Procedimiento que permite controlar y reproducir las condiciones que existen en la naturaleza.

4. Se plantean preguntas acerca de lo observado para explicar sus fenómenos.

5.Ciencia que se basa en la experimentación (inv.)

6. Permiten analizar los resultados y aceptar o rechazar la hipótesis.

1.2.2. Límites de la Biología La biología, al igual que muchas otras ciencias, está limitada para realizar sus trabajos de investigación. Las limitaciones pueden ser de carácter socioeconómico, político, tecnológico, ético, disponibilidad de recursos económicos y humanos, el tiempo que se requiere para ejecutar una investigación, etc. Por ejemplo, las disposiciones políticas y legales en la mayoría de los países prohíbe realizar experimentos con la especie humana si éstos ponen en riesgo la vida o la integridad física y moral de los seres humanos de igual forma se han hecho muchas protestas para impedir que se continúen haciendo experimentos con primates.

Desde el punto de vista ético algunos grupos, no apoyan la clonación o la experimentación con embriones humanos. Los avances que pueda lograr cualquier ciencia están influenciados por la disponibilidad de recursos humanos, materiales, equipos, etc.

Actualmente no todos los países disponen de suficientes recursos económicos para financiar investigaciones, lo que trae como consecuencia un serio retraso en la obtención de nuevos conocimientos, obviamente la biología no escapa a tal situación.

Una limitante muy importante está relacionada con los avances de la tecnología, se puede considerar que hay una relación directamente proporcional, ya que si avanza la tecnología, avanza la ciencia y viceversa. De ahí que cuando se descubren más y mejores herramientas la biología avanza en ocasiones a pasos agigantados, como lo demuestra la historia.

Sin embargo, pese a tantas limitantes de la biología, ésta aporta conocimientos que son de gran utilidad no sólo a la biología misma, sino a muchas otras ciencias como: a la medicina, la química farmacéutica, la antropología, entre otras. Te invitamos a leer las breves cápsulas de información que se anexan para comprobar lo antes mencionado.

Actividades: 9. Realiza la siguiente lectura, analiza y reflexiona sobre su contenido.

REGRESO A LA BIÓSFERA 2 Breve historia del fracaso del experimento “BIÓSFERA 2”

En medio del desierto de Arizona el polémico laboratorio ecológico llamado Biosfera 2, ha transformado su primer objetivo para acoger a científicos de todo el mundo que buscan evitar las peores repercusiones del calentamiento global. Sin embargo, el objetivo por el cual fue levantada esta mole de cristal y acero en pleno desierto de Arizona, nunca se alcanzó. Dos misiones intentaron sobrevivir autogestivamente en el ambiente cerrado de Biosfera 2, pero ambas fracasaron.

23

En septiembre de 1991, un primer grupo de científicos se aisló en la gran réplica de la biosfera a nivel del planeta donde se ha manifestado la vida –para una misión de dos años. A principios de 1993, se iniciaron los problemas: los niveles de oxígeno habían descendido un inesperado 7% de los originales. Era como si los habitantes de Biosfera 2 vivieran en una cima a 5 mil metros de altura. Jeffrey Severino, estudiante de la Universidad de Columbia, descubrió más tarde que el gas vital había sido consumido eficientemente por los microorganismos presentes en los suelos de la zona de agricultura intensiva, de donde los biosferanos obtenían sus alimentos.

Pero otros peligrosos cambios acechaban: el dióxido de carbono comenzó a reaccionar con el calcio presente en la estructura del edificio y produjo grandes cantidades de carbonato de calcio, que impidió el estudio de la atmósfera del hábitat; el bloqueo de rayos ultravioleta produjo óxido nitroso –gas hilarante- que, en ciertas concentraciones, puede interferir en la síntesis de vitamina B12 y hasta causar daño cerebral; las cucarachas y las hormigas proliferaron mientras otros insectos polinizadores como las abejas desaparecieron, las cosechas eran muy pequeñas y en consecuencia las raciones alimenticias disminuyeron… Algunos biosferanos perdieron hasta 50 kg de peso en esos meses.

Ante esta situación, los encargados externos del proyecto decidieron insuflar Biosfera 2 con oxígeno, aunque esto violara las condiciones iniciales de la aventura… Sus habitantes corrían peligro de morir.

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Ese mismo año, 11 científicos del comité consultivo renunciaron alegando la ausencia de resultados y de progreso en las investigaciones. En febrero de 1994, un segundo grupo entra a Biosfera 2 para una misión de un año; dos meses después rompen algunos cristales y expresan su preocupación por la seguridad en las instalaciones. La segunda misión aborta en abril del mismo año. Y termina el acariciado sueño de vivir en un hábitat que sería el pionero de las colonias humanas en los inhóspitos planetas vecinos. El dueño de la construcción – Biosfera 2- invirtió 200 millones de dólares que parecía se perderían tras los fracasos, las polémicas y escándalos. Cabe mencionar que éste decidió ofrecer a la Universidad de Columbia hacerse cargo de las instalaciones, lo cual permitió realizar nuevas investigaciones, aunque el propósito inicial de la misma no se logró.

Texto tomado de http://www.bio.edu o www.biospherics.org/biosphere2.html

Lo anterior permite darnos cuenta de que tenemos límites en nuestros procesos de investigación

10. En asesoría grupal profundiza más en relación a los alcances y limitaciones de la biología y comenta con tus compañeros y con tu asesor, tomando como base artículos de revistas, paginas web, etc., relacionados con el tema.

1.3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Objetivo temático: Describirás las características distintivas de los seres vivos a partir de modelos naturales en un ambiente participativo.

Los seres vivos, se llaman así porque tienen vida, pero –pregunta obligada– ¿por qué?, ¿todos tienen las mismas características? ¿el ser humano, presenta las mismas características?

Diremos que asignarle características o atributos a todo lo que nos rodea es indispensable, de esta manera el hombre logró establecer semejanzas y diferencias entre los seres vivos que le rodeaban y descubrió aspectos morfológicos, fisiológicos, anatómicos, etológicos, etc., que si bien todos las poseen, son muy particulares de acuerdo a su nivel evolutivo, grupo taxonómico o especie a la que corresponden. Por ejemplo, todos presentan un ciclo de vida definido, la duración de cada etapa es variable en todos, también podemos observar que todos los organismos consumen alimentos pero lo que consumen y la forma en que lo hacen es diversa, en fin, podemos seguir mencionando todas y cada una de sus características; en lo que coincidimos es que todas son muy diferentes y están íntimamente relacionadas con el grado evolutivo de los organismos.

Ahora, revisa detenidamente el cuadro comparativo de la página siguiente, para lo cual te pueden servir las siguientes preguntas y otras que puedas plantear junto con sus compañeros: ¿Cuántos niveles de organización están representados? Ennuméralos. ¿Cuáles de ellos son autótrofos?, ¿cuáles, heterótrofos? ¿Todos los organismos enlistados presentan la característica de irritabilidad? ¿Cómo se reproducen? ¿Cuál podría ser la causa de las diferencias?

1. Agrega otras preguntas en el siguiente espacio y contéstalas:

2. En plenaria junto con tu asesor, analicen la información del cuadro y después enlisten las conclusiones generales.

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ESTRUCTURA

Unicelular

ORGANIZACIÓN

Heterótrofa, fagocita

Sésil, a nivel celular

Emisión de seudópodos

Nastias y tropismos

Nastias

Respuesta en membrana celular

Respuesta en membrana celular

IRRITABILIDAD

Sexual: conos, semillas

Sexual y asexual

Mitosis

Mitosis

REPRODUCCIÓN

CARACTERÍSTICAS

Procarionte Unicelular

Heterótrofa: absorción, parásitos

Sésil, a nivel de órganos

Unicelular Autótrofa A nivel celular, por por quimiosíntesis, medio de flagelos. heterótrofa, absorción.

MOVIMIENTO

•Bacteria Eucarionte Pluricelular

Autótrofa: fotosíntesis

Sistema nervioso +

NUTRICIÓN

•Amiba Eucarionte Órganos

Nadan

ORGANISMOS

•Hongo Eucarionte

Heterótrofa

•Pino

Aparatos y sistemas

Eucarionte

Sexual, fecundación externa Sexual, fecundación externa e interna

•Peces

Sistema nervioso ++ Aparatos y sistemas

Reptan

Eucarionte

Heterótrofa

•Anfibios y reptiles

Sexual, fecundación interna

Sexual, fecundación interna Sistema nervioso +++

Aparatos y sistemas

Vuelan

Eucarionte

Aparatos y sistemas

Heterótrofa

•Aves

Eucarionte

Heterótrofa

•Mamíferos

Sistema nervioso ++++

Corren, caminan, vuelan, nadan

26

3. Investiga en los medios a tu alcance las características de los seres vivos y completa el cuadro.

CARACTERÍSTICA

DEFINICIÓN

PARTICULARIDADES

Estructura

La célula es la unidad de estructura, función y origen.

Metabolismo

Implica dos procesos, el anabolismo (proceso constructivo) y el catabolismo (proceso de desintegración).

Crecimiento

Requiere la construcción o síntesis de nueva materia viva.

Adaptación

Los organismos adquieren la capacidad de transmitir sus cambios a sus descendientes a través de sus genes.

Irritabilidad

Los organismos desarrollan mecanismos de estímulo-respuesta por medio de células nerviosas o sistema nervioso.

Reproducción

Permiten reponer a los individuos que mueren, da continuidad a la especie.

Homeostasis

Los organismos van desarrollando mecanismos homeostáticos para mantener el equilibrio.

Organización

Conforme se avanza en la organización, cada nuevo nivel tienen mayor integración y especialización.

Ciclo vital

Durante las etapas pueden presentar diferencias fisiológicas, morfológicas y anatómicas importantes.

Movimiento

Le permite a los organismos desplazarse para conseguir alimento, pareja, protección, escapar, etc.

27

4. De acuerdo con la información antes obtenida, responde lo que a continuación se pregunta: a) ¿Podemos prescindir de alguna de ellas? b) ¿Cuáles son más importantes? Justifica tu respuesta. c) Enlista las características que presentas tú.

Una vez revisadas las características de los seres vivos, es importante señalar que la interrelación entre todas ellas permite establecer los principios unificadores de la Biología, es decir, todo aquello que es común a los organismos y son de carácter...

Taxonómico: Permite agrupar a los organismos con base en características comunes dentro de una gran diversidad.

Anatómico-funcional: Sirve para entender las relaciones entre la estructura, la función, la organización entre los órganos y sistemas, y la realización de diferentes tareas (respiración, circulación, reproducción, respuesta a estímulos, etc.).

28

Homeostático o autorregulador: Se refiere a la capacidad de regular el balance interno de los seres vivos mediante mecanismos homeostáticos.

Genético: Estudia los mecanismos mediante los cuales pasan las características de las células madres a las células hijas, o bien, de padres a hijos.

Ecológico: Permite entender cómo interactúan los seres vivos entre sí y con el medio ambiente que les rodea.

Etológico: Contribuye a entender el porqué o porqués del comportamiento entre individuos de la misma especie y entre organismos de diferente especie.

Evolutivo: Establece la relación del proceso evolutivo de las especies en un contexto específico de tiempo y espacio.

Desarrollo histórico: Este principio juega un papel importante, pues gracias a él podemos conocer los avances científicos de la biología a través de la historia.

Otro aspecto importante es que la biología se divide en diferentes ramas, basada en los criterios de diversidad, unidad, continuidad, e interdisciplinariedad, por ejemplo:

Ramas de la biología con base en los criterios de:

Diversidad

Unidad y Continuidad

Especialidades

Generalidades

Interdisciplinariedad Bioquímica: biología –química

Zoología : animales

Genética: variación y herencia

Biofísica: biología-física

Entomología (insectos)

Morfología: forma y estructura

Biogeografía: biología-geografía

Helmintología (gusanos)

Histología: tejidos

Bioestadística: biología-matemáticas

Ictiología (peces)

Citología: células

Bioética: biología-ética (rama de la

Embriología: formación y desarrollo Botánica: plantas

embrionario

Ficología (algas)

Fisiología: función de órganos y

Briología (musgos)

aparatos

Pteridología (helechos)

Taxonomía: clasificación

Micología (hongos)

Parasitología: parásitos

filosofía) Historia-biología: permite conocer la historia de las ciencias biológicas Ingeniería génetica

Evolución: origen y cambios a través Microbiología

del tiempo

Virología (virus)

Paleontología: cambios a través de

Bacteriología (bacterias)

fósiles

Protozoología (protozoarios)

Ecología: interrelaciones de los seres vivos con el ambiente Etología: comportamiento

1.4. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS Objetivo temático: Explicarás los principales elementos y compuestos inorgánicos y orgánicos, sus características e importancia estructural y funcional en los seres vivos, a través de un análisis de sus propiedades químicas y físicas, en un ambiente de participación y respeto.

Los seres vivos están formados por células, éstas a su vez están constituidas por muchas moléculas tanto orgánicas como inorgánicas y todas son incorporadas a través de los procesos de la nutrición. Dichas sustancias químicas se pueden encontrar como soluciones, coloides y suspensiones, elementos o compuestos. Cabe mencionar que un 90% de la materia viva se encuentra en estado coloide y, a su vez, estos coloides están formados en un 90% de C, H, O y N y el 10% restante, por otros elementos como Ca, P, K, N, S, etc.

29

A continuación te presentamos como se clasifican dichas sustancias de acuerdo con sus características.

COMPUESTOS ORGÁNICOS

CARBOHIDRATOS LÍPIDOS O GRASAS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEICOS VITAMINAS AGUA

COMPUESTOS INORGÁNICOS

SALES MINERALES

Por cierto, te has preguntado en alguna ocasión ¿qué comes?, y no nos referimos al pan, las tortillas, la carne, los dulces, en fin, sino a las sustancias que están presentes en lo que comes. ¿Tienes idea de lo que te puede pasar si dejas o no puedes ingerir alimentos o tomar agua? Puedes recordar, ¿cómo te sientes cuando estás sano y cuando estás enfermo?

30

Las respuestas a dichas preguntas u otras más que te puedas plantear, las podrás obtener al desarrollar las actividades correspondientes al tema. Incluso, si revisas tus notas de la asignatura de Química II, te acordarás de los carbohidratos, los lípidos, las proteínas, esas macromoléculas naturales son básicas para los seres vivos.

1.4.1. Bioelementos Primarios y Secundarios Se llama bioelementos a los elementos químicos que constituyen a los seres vivos. De los elementos que existen en la naturaleza, aproximadamente 70 se encuentran en los seres vivos y de éstos, sólo unos 22 se encuentran en todos en cierta abundancia y cumplen cierta función. Se clasifican en primarios y secundarios.

Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S, los cuales representan en su conjunto el 96.2% del total.

Bioelementos secundarios: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Cl-, éstos se encuentran en menor cantidad que los primarios; sin embargo, son imprescindibles para los seres vivos. En medios acuosos se encuentran ionizados.

También debemos considerar a los llamados oligoelementos o elementos vestigiales, que son aquellos que se encuentran en un porcentaje menor al 0.1%. Algunos, los indispensables, se encuentran en todos los seres vivos y son Mn, Fe, Co, Cu y Zn; mientras que otros, variables, solamente los necesitan algunos organismos, entre ellos están el B, Al, V, Mo, I y Si.

1.4.2. Moléculas Inorgánicas de interés biológico (agua, sales minerales) En este grupo se incluye el agua, los gases y las sales minerales. Como sabemos el agua es indispensable para la vida y sin ella, precisamente la vida –como la percibe la humanidad– sería imposible, y también tenemos a los minerales que generalmente los asimilamos en forma de sales. Los minerales suministran elementos necesarios para la vida.

Un mineral es cualquier elemento o compuesto químico que exista en forma natural. Los compuestos de calcio, hierro, fósforo, magnesio y cinc son importantes. Los minerales pueden provenir del suelo, estar disueltos en agua o encontrarse en las sales en el agua de mar; son absorbidos en forma de iones por las raíces de las plantas, y de éstas pasan a los animales, a través de la cadena trófica.

Los principales gases que se encuentran en el protoplasma celular son oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2), ambos se encuentran disueltos dentro de la célula e intervienen en el proceso de la respiración, también debemos señalar que el CO2 es materia prima esencial en la fotosíntesis.

Actividades:

31 1. Investiga lo que a continuación se te solicita y responde en tu cuaderno a cada una de las preguntas: a) ¿Por qué se llaman moléculas inorgánicas? b) ¿Cómo están formadas las moléculas de agua? c) ¿Qué propiedades tiene el agua y por qué es tan importante para los seres vivos? d) ¿En qué procesos celulares participa? e) ¿En qué procesos sistémicos participa? f) ¿Es importante el agua para los seres vivos? ¿qué daños sufren si no disponen del agua? g) ¿Cuáles son las principales características de los bioelementos primarios? h) ¿Por qué los minerales se dividen en macro y micronutrientes?

2. Completa el cuadro de la página siguiente:

FUNCIÓN

MINERAL

DAÑOS PROVOCADOS POR SU DEFICIENCIA

MACRONUTRIENTES

Nitrógeno Potasio Fósforo Calcio Magnesio Azufre

MICRONUTRIENTES

Hierro Cinc

32

Manganeso Molibdeno Cobre Yodo Vanadio Selenio Cobalto Boro Aluminio

Nota: se sabe que el boro y el vanadio son esenciales para las plantas, pero se desconoce su papel metabólico.

1.4.3. Biomoléculas Orgánicas Este tema ya no es totalmente nuevo para ti, si recuerdas, en el curso de Química II se abordó el tema de macromoléculas naturales, lo que ahora abordaremos como Biomoléculas orgánicas.

3. Te sugerimos que desempolves tus conocimientos previos, ¡resuelve el siguiente crucigrama!

2 1 1

2

3

HORIZONTALES 1. Principal fuente de energía de los seres vivos.

2. Compuestos que forman parte de la membrana celular y son la segunda fuente de energía.

3. Están presentes en las hojas de las plantas y les sirven para protegerlas de la deshidratación, el frío, etc.

VERTICALES 1. Polisacárido estructural.

2. Compuestos que participan en la estructura de la membrana celular y están formados por aminoácidos.

¡Bien!, Seguro acertaste en todas.

A esos compuestos agregaremos otros más, los ácidos nucleicos, ¿sabes?, estos guardan muchos secretos, en ellos está escrito el proceso evolutivo de los seres vivos y son la clave para la sobrevivencia de los mismos; por ello, vale la pena que retomemos y expliquemos el tema con más detalle, ¿no crees?

Entremos de nuevo en materia, te invitamos a resolver las siguientes actividades y verás que son de sumo interés para ti en tu vida diaria, aprovéchalas en beneficio tuyo y de tu familia, valora los beneficios que puedes obtener de los alimentos que ingieres y evita aquéllos que te puedan causar daño.

4. Te invitamos a trabajar en equipos pequeños para buscar la información que sea necesaria.

a) ¿Por qué se les llama biomoléculas orgánicas? b) ¿Qué elementos están presentes en todas? c) Las biomoléculas son: ________________________, ________________________, _______________________, y _________________________ nucleicos.

33

5. Lee la información que se te proporciona: CARBOHIDRATOS ¡Principal fuente de energía para los seres vivos!

Las plantas verdes sintetizan los carbohidratos durante el proceso de la fotosíntesis, a partir de CO2 y H2O por la acción de la energía solar. Los carbohidratos son productos naturales muy difundidos entre los vegetales y animales, en los cuales, según sus estructuras, cumplen funciones diversas, como la de suministrar la mayor cantidad de la energía necesaria en los mecanismos celulares, ya que, estos compuestos almacenan energía en los enlaces C-H. También tienen funciones estructurales, ya que sirven como tejidos de sostén para las plantas y algunos animales –insectos, crustáceos-. Los carbohidratos también se conocen como glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. Estos están formados por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, en ocasiones contienen azufre, nitrógeno o fósforo. La palabra carbohidrato significa hidrato de carbono.

Actualmente se les define como aldehídos o cetonas polihidroxiladas, es decir, están formados por una cetona o aldehído y varios grupos oxhidrilos. Su fórmula empírica es Cn(H2O)n .

Los carbohidratos se clasifican tomando en consideración diferentes criterios. La primera clasificación se basa en el grupo funcional si un azúcar presenta al grupo cetónico se llama cetosa y si presenta al grupo alldehído se llama aldosa.

H H

34

C

O

H

C

OH

H

C

OH

CH2

OH

H

H

C

OH

C

O

C

OH

CH2

OH

O ALDOSA

CETOSA

La segunda clasificación toma en cuenta el número de carbonos presentes en la cadena del carbohidrato y así se tienen: • Triosas: si contienen 3 carbonos.

• Tetrosas: si contienen 4 carbonos.

• Pentosas: si contienen 5 carbonos.

• Hexosas si contienen 6 carbonos.

Dentro de las hexosas se encuentran azúcares muy importantes en biología: glucosa, fructuosa y galactosa, los tres fabricados por las plantas; además, la glucosa es el principal combustible tanto para plantas como para animales.

La tercera clasificación más reciente, está basada en el grado de polimerización y se muestra en el siguiente cuadro:

Carbohidratos

Monosacáridos Ejemplos: D-Ribosa, D-Glucosa, D-fructuosa, D-Manosa

Son azúcares simples que no pueden hidrolizarse en otros más simples.

Disacáridos Lactosa, Sacarosa, Maltosa

Son azúcares que al hidrolizarse producen dos moléculas de monosacáridos iguales o de diferente estructura.

Oligosacáridos Ejemplos: Rafinosa, Estaquiosa

Son carbohidratos que al hidrolizarse producen de 3 a 6 moléculas de monosacáridos.

Polisacáridos Ejemplos: almidón, glucógeno, celulosa, quitina, heparina,

Son azúcares que al hidrolizarse producen más de 6 moléculas de monosacáridos.

Aclaremos el concepto de polimerización. Este proceso consiste en la unión entre los monómeros, en el caso de los carbohidratos sería la unión entre dos o más monosacáridos para producir al menos un disacárido. ¿Cómo se pueden unir los monosacáridos? El enlace que une a los dos azúcares se llama Glucosídico, consiste en la condensación de dos moléculas de monosacáridos, con pérdida de una molécula de agua. Observa el siguiente esquema.

6

H 4

OH

CH2OH 5

H OH 3

H

6

O H

H

1

4

H

O

2

OH

CH2OH 5

H OH 3

Maltosa

35 O H

H

1

+

H 2O

H 2

OH

OH

Enlace glucosídico. Es el tipo de enlace entre las unidades monoméricas de un polisacárido es normalmente entre un grupo –OH de un monosacárido y el grupo –OH de otro, en una reacción denominada condensación, la cual implica la salida de una molécula de agua y el establecimiento de un enlace covalente entre un C y un O. POLISACÁRIDOS. Son el producto de la unión de numerosas moléculas de monosacáridos. De acuerdo con su función biológica pueden ser: ESTRUCTURALES. Sirven de protección o soporte mecánico a las células, como ejemplos pueden mencionarse la celulosa –es el más abundante en la naturaleza y está presente en la pared celular de las células de las plantas-; pectina de algunos frutos como pera y manzana, y la quitina del exoesqueleto de los artrópodos.

METABÓLICOS. Éstos participan en el metabolismo de los organismos; en el caso de las plantas destaca el almidón, mientras que en los animales el glucógeno es esencial. Los almidones son muy abundantes en cereales como el arroz, trigo y maíz, la papa, el frijol.

El glucógeno se encuentra fundamentalmente en el hígado.

Tipo de carbohidrato

Composición

Grupo cetónico o aldehídico y varios grupos Oxhidrilo Monosacáridos

Ejemplos

Fuente

D-Ribosa Ácidos nucleicos, D-Glucosa –llamado Se encuentran también libres en la sandextrosa– gre, frutas y miel D-Fructosa Jugo de frutas, miel, esperma D-Manosa

Función Componente de los ácidos nucleicos, nucleótidos y algunas coenzimas como ATP y NAD. Tiene gran importancia energética en los animales y vegetales. Es el monómero más importante en la síntesis de muchos Oligosacáridos.

Es una cetohexosa, el azúcar más dulce de todos los comunes. En el cuerpo humano se transforma en glucosa en el hígado e intestino.

Resulta de la No se encuentra libre sino formando parte de alhidrólisis de las gunos polisacáridos y en algunas proteínas, tienen gomas vegetales funciones de identificación y antigénicas. También forma parte del polisacáridos prostético de albúminas y globulinas.

Lactosa

Leche (Mujer 71g/L, Vaca 48g/L) Sacarosa En el embarazo Glucosa + se presenta en la Fructosa orina.

Maltosa Vegetales, en la Glucosa + remolacha y la Glucosa caña de azúcar Hidrólisis del almidón, cereales Rafinosa germinantes y malta. Glucógeno

Se hidroliza en medio ácido o con ciertas enzimas, en -D-Galactosa y en o -D-Glucosa. Es un azúcar reductor. Tienen baja solubilidad, no es muy dulce.

Estaquiosa 1-3 galactosas

Estos oligosacáridos están relacionados estructuralmente con la sacarosa. Se encuentran acumulados en las vacuolas vegetales. No son hidrolizables por los enzimas humanos, pero si pueden ser fermentados por microorganismos de la flora intestinal.

Galactosa + Glucosa

Dos monómeros Disacáridos

36

Oligosacáridos Unión de 3 a 6 monómeros

Azúcar de remolacha Vegetales

Almidón

Polisacáridos

Formados por más de 6 monómeros

Azúcar de mesa. Al hidrolizarse forma laDGlucosa o D-Fructuosa. Está presente en jaleas.

Azúcar no reductor.

Se hidroliza en medio ácido, produce dos moléculas de D-Glucosa. Se usa en la fabricación de cerveza y bebidas alcohólicas. Azúcar reductor.

Tubérculos Carbohidrato de reserva de las plantas, interviene (papa), Cereales(arroz, en su reproducción, nutrición y crecimiento. trigo, maíz), Frijol Es la fuente alimenticia más importante de los animales.

En algunas frutas el almidón se convierte en azúcares cuando éstas maduran.

Glucógeno Hígado y múscu- Reserva nutricional de los tejidos animales. los esqueléticos El hígado lo transforma en glucosa.

Se descompone en ácido pirúvico y láctico en los músculos, para proporcionar la energía necesaria y facilitar la contracción muscular.

Reduce al máximo los cambios de presión osmótica que ocasiona la glucosa en las células.

Celulosa El polisacárido (está formada más grande y por 10,000 o abundante de la más unipared celular. Es dades de el compuesto más D-glucosa) abundante de la biósfera

Quitina

Alimento para los animales herbívoros.

Le da resistencia a la pared celular.

No tiene valor nutritivo para el hombre, pero contribuye a disminuir problemas digestivos, ayuda a eliminar los desechos de la digestión.

La nitración de la celulosa es importante en la fabricación de explosivos.

Se usa para la fabricación de rayón –fibra textil– Los acetatos de celulosa se emplean en las películas fotográficas y materiales plásticos.

Caparazón de crustáceos y en Da resistencia a la capa protectora de los los exoesqueletos crustáceos e insectos. de los insectos

Actividades: 6. Utiliza la lectura previa y si es necesario investiga en otras fuentes para responder a las siguientes preguntas: a) ¿Por qué se llaman carbohidratos y de qué otra forma se les conoce? b) ¿Cómo están constituidos los carbohidratos? c) ¿Quiénes son los principales productores de los carbohidratos? ¿Cómo se llama el proceso en el cual obtienen los carbohidratos? d) Los carbohidratos se clasifican de acuerdo con: • Por el grupo funcional presente, en: ________________ o ________________ • Por el número de C presentes en la cadena en: _______________________________ ______________________________________.

• Por su grado de polimerización en: ____________________, ___________________, __________________ y ____________________. e) Enlista ejemplos de: • Pentosas • Hexosas • Monosacáridos • Disacáridos • Oligosacáridos • Polisacáridos f) Esquematiza y describe el enlace glucosídico. g) Los polisacáridos se dividen en dos tipos, ¿cuáles son? h) ¿Qué funciones tienen cada uno de los tipos de polisacáridos?

7. De acuerdo con la información del cuadro anterior responde: a) ¿Cuáles de estos carbohidratos consumes regularmente? b) ¿Qué pasaría si no los consumieras? c) ¿Qué función tienen los siguientes polisacáridos?: • Almidón: • Glucógeno: • Celulosa: • Quitina: d) ¿Por qué la glucosa es esencial en los seres vivos? e) ¿Cuáles son los niveles óptimos de glucosa en la sangre de las personas, y qué sucede cuando dicho parámetro está por debajo o por encima del promedio? f) ¿Cómo se llama a la enfermedad en la que la glucosa ya no puede ser degradada por falta de la hormona llamada insulina? g) ¿Cómo se puede prevenir? h) ¿Quiénes tienen más probabilidades de padecerla?

37

8. Observa los siguientes dibujos y coloca sobre la línea el tipo de carbohidrato que está presente, considera la información que se te proporcionó anteriormente.

Célula vegetal

Fruta

Insecto

Bebé tomando leche

Caña de azúcar

ADN

9. Resuelve el siguiente crucigrama.

1

2

38 2

3

4

5 3 4

6

5 7 8 6

7

8

VERTICALES 1. Azúcares que al hidrolizarse producen más de 6 moléculas de monosacáridos.

2. Compuestos formados por un grupo cetónico o aldehídico y varios oxhidrilos. (pl) 3. El azúcar que contiene un grupo cetónico 4. Carbohidratos que al hidrolizarse producen de 3-6 moléculas de monosacáridos.

5. Sustancia líquida que se extrae de las frutas, rico en azúcares.

6. El azúcar que contiene un grupo aldehídico.

7. Llamado comúnmente azúcar de mesa.

8. Se usa para fabricar cerveza y bebidas alcohólicas.

HORIZONTALES 1. Polisacárido estructural presente en algunos frutos.

2. Carbohidrato de reserva de las plantas.

3. Característica que adquieren los exoesqueletos de los insectos por la presencia de un azúcar particular.

4. Azúcar que contiene 6 átomos de carbono en la cadena.

5. Reserva nutricional en los animales, el hígado lo transforma en glucosa.

6. Principal fuente de energía de plantas y animales.

7. Polisacárido presente en la pared celular de la célula vegetal.

8. Azúcar del RNA

10. Lee la siguiente información.

LÍPIDOS Anteriormente vimos que los carbohidratos son una fuente importante de energía para los seres vivos, también lo son los lípidos, y tienen gran importancia en momentos de inanición de los seres vivos –cuando no pueden consumir alimentos–, ya que las grasas de reserva, los proveerán de dicha energía. Disponte a disfrutar la siguiente lectura, tiene muchos datos valiosos para ti, ¡toma nota de ellos!

La palabra lípido viene del griego lipós, que significa grasa. Estos junto con los carbohidratos y proteínas son las fuentes básicas de energía para los seres vivos. Es decir, a partir de su participación en el metabolismo celular podemos obtener las moléculas de ATP (adenosin trifosfato). Los lípidos están formados por ácidos grasos y están formados básicamente por C, H, O, P, N. Los lípidos proporcionan la mayor cantidad de energía a nuestro organismo, aproximadamente 9 kilocalorías por gramo. Los lípidos son un grupo diverso de sustancias cuya característica común es el ser insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos no polares. En este grupo se incluyen las grasas, ácidos grasos, ceras, esteroides, fosfoglicéridos, glicolípidos y esfingolípidos, como ejemplos de sustancias de importancia biológica. En el ser humano los lípidos se encuentran en las membranas celulares –en función de que no son solubles en agua-, en el cerebro y tejido nervioso, en los músculos. Los lípidos también están presentes en las plantas, en forma de aceites y ceras y en los animales en forma de grasas y aceites. Mientras que las plantas utilizan a los carbohidratos como fuente de reserva para sus procesos biológicos, los animales utilizan a las grasas y aceites con el mismo propósito.

En la siguiente tabla se presentan los principales lípidos celulares:

LÍPIDO

Ejemplos

Localización celular importante

Ácidos grasos

Ácido oleico, palmitito y esteárico

Citosol, mitocondrias, glioxisomas de semillas grasas

Glicéridos (grasas neutras)

Aceite de coco, sebo vacuno

Depósito de grasas

Fosfoglicéridos (fosfolípidos)

Fosfoligéridos de etanolamina y colina, cardiolipina

Membranas

Esfingolípidos

Esfingomielina

Membranas

Glicolípidos

Cerebrósidos, gangliósidos

Membranas

Esteroides

Colesterol

Membranas

Terpenos

Aceites esenciales, carotenoides

Citosol de vegetales, cloroplastos

39

Los ácidos grasos, que se encuentran presentes en la naturaleza, son cadenas de hidrocarburos no ramificadas, con un grupo carboxilo en un extremo, normalmente tienen número par de carbonos, siendo los más comunes los que tienen 16 y 18 carbonos en su molécula. Cuando todos los átomos de carbono de la cadena están unidos mediante enlaces simples (-C-C-) el compuesto es saturado, y es no saturado cuando presenta uno o más enlaces dobles en el esqueleto de la cadena (-C=C-C=C-). Es importante señalar que el extremo carboxilo de la molécula del ácido graso es soluble en agua y altamente polar mientras que la parte de hidrocarburo es insoluble en agua y no polar. Los ácidos grasos se presentan como trazas en las células y tejidos éstos son importantes como estructuras constitutivas de otros lípidos. Los ácidos grasos poli-insaturados tienen funciones biológicas importantes y deben administrarse en la dieta, por ejemplo el oleico y linoleico. A estos lípidos se les denomina esenciales. Los nombres comunes de los ácidos indican la fuente de la que provienen, por ejemplo, el palmítico, tubérculo-esteárico, etc.

Es importante señalar que el término lípido fue propuesto por el bioquímico Bloor y fue él mismo quien los clasificó de acuerdo a su composición química en: Simples. Comprenden los lípidos más abundantes, grasas neutras o glicéridos y las ceras o céridos, que son menos abundantes.

40

Compuestos. Son los lípidos que contienen un elemento o grupo adicional a su estructura, por ejemplo: los fosfolípidos, que tienen presente al grupo fosfato; los glucolípidos o cerebrósidos, que tienen incluido un azúcar, por ejemplo los galactolípidos.

Derivados. Son sustancias asociadas a los lípidos, en estos se encuentran los esteroides, los terpenos, las vitaminas y los carotenoides.

LÍPIDOS SIMPLES Los glicéridos son ésteres de ácidos grasos y glicerol. Estos se clasifican en saturados, cuando sólo poseen ligaduras simples en su cadena, o bien, insaturados, cuando presentan ligaduras dobles en su cadena.

Estos pueden clasificarse en monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos, según el número de ácidos grasos esterificados –unidos– al glicerol.

CH2

OOC

CH CH2

CH2

OOC

R

CH2

OOC

R

OH

CH

OOC

R’

CH

OOC

R’

OH

CH2

OH

CH2

OOC

R’’

Monoglicérido

R

Diglicérido

Triglicérido

La mayoría de los triglicéridos son mixtos, ya que contienen tres ácidos grasos diferentes. Los ácidos grasos se unen al glicerol mediante enlaces estéricos, para formar moléculas de grasa. En este proceso hay deshidratación de los glicéridos, debido a que los radicales hidroxilo del glicerol se desprenden, en tanto que los hidrógenos del grupo carboxilo del ácido graso también se desprenden y se unen a los OH’s, permitiendo así la formación de la grasa y la obtención de tres moléculas de agua, como se demuestra en el siguiente esquema:

CH2

OH + H O

C

(CH2)16

CH3

CH2

O

C

(CH2)16

CH3

H 2O

CH

O OH + H O

C

(CH2)16

CH3

CH

O O

C

(CH2)16

CH3

+ HO

CH2

O OH + H O

(CH2)16

CH3

CH2

O O

(CH2)16

CH3

H 2O

C

O

C

2

O

Enlace estérico

Glicerol

Ácido graso

Grasa

Agua

El término grasa se aplica al glicérido que solidifica a temperatura ambiente y el de aceite al que pertenece en estado líquido a temperatura ambiente. Las grasas y los aceites naturales son mezclas de ésteres del glicerol. A través de la hidrólisis, los glicéridos se descomponen en ácidos grasos y glicerol. Si la hidrólisis se realiza en un medio alcalino se obtiene jabón y la reacción se conoce como saponificación.

Cuando la hidrólisis se realiza por acción de las lipasas (enzimas), se obtiene el glicerol y ácidos grasos libres. En los alimentos estos ácidos, como el butírico, producen el olor desagradable y sabor a rancio, común en la mantequilla, leche, crema, nueces, aceitunas, etc.

Las grasas se dividen en dos tipos: las saturadas (en ellas se encuentran las de origen animal) y las insaturadas (de origen vegetal), las primeras llamadas así porque ya no aceptan la incorporación de más de un átomo de hidrógeno mientras que las insaturadas sí pueden hidrogenarse –aceptan átomos de hidrógeno–.

O C HO

H H C C H H

H C H

H H C C H H

H H C C H H

H C H

H H H H C C C C H H H H

Ácido graso saturado

H H H C C C H H H

H

41

H

H C

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

O C

H C OH H C H C H H C H H C H H C H Ácido oléico, un ácido graso monoinsaturado, en cuya H C H H C cadena hay un doble enlace cis, que es, por cierto, la H C H configuración más común para los ácidos grasos de oriH H

gen natural

Ácido graso insaturado Las ceras son ésteres de ácidos grasos y alcoholes superiores.

Los ácidos más comunes en las ceras son el palmítico, el esteárico y el cerótico. Los alcoholes más comunes son: cetílico, hexacosanol, octacosanol, triacontanol, alcohol oleílico. Las ceras son sólidos con punto de fusión que varía entre 60 ºC y 80 ºC, más resistentes a la saponificación y menos susceptibles a la autooxidación que los glicéridos.

42

La función biológica de los glicéridos es de suma importancia, pues son compuestos de alto valor calórico que constituyen el material de reserva de los organismos. Recuerda que cualquier alimento ingerido en exceso se convertirá en material graso, el cual se depositará en los tejidos adecuados. Debes tomar muy en cuenta esta información, ya que esto puede dar origen a la enfermedad de la obesidad y desencadenar a la vez patologías más graves, como la diabetes mellitus y la hipertensión arterial, entre otras.

La función biológica de los céridos es diferente. En las plantas y animales tienen una función protectora. En las plantas se encuentran principalmente en las hojas y los frutos, en los animales en la piel, en el pelambre o plumaje, sirviendo así de aislante del frío y del agua. La cera se emplea en la industria de los barnices y los lubricantes.

Grasas neutras o glicéridos. Corresponden a los ésteres formados por un ácido graso y el glicerol –polialcohol–, cuando uno, dos o tres tipos diferentes de ácidos grasos pueden combinarse con los grupos hidroxilo del glicerol para formar una molécula de grasa. Estos glicéridos son la principal forma de almacenamiento de grasas tanto en vegetales como animales y pueden formarse a partir del exceso de carbohidratos, lípidos y proteínas en células y tejidos.

LÍPIDOS COMPUESTOS Estos presentan en su molécula dos o más componentes bien diferenciados, de los cuales uno manifiesta propiedades de lípido. En ellos se encuentran los fosfolípidos, glicolípidos y esfin-

golípidos. Los fosfolípidos contienen al grupo fosfato, Son compuestos importantes de las membranas celulares. Estos se dividen en fosfoglicéridos, fosfoinosítidos y fosfoesfingósidos. Los primeros se dividen a su vez en lecitinas, cefalinas y plasmalógenos. Las lecitinas forman parte del tejido nervioso, de la yema del huevo, verduras, germen de trigo e hígado. Las cefalinas forman parte del tejido cerebral y muscular.

Además, están relacionadas con los fenómenos de coagulación sanguínea. Los plasmalógenos, por su parte, forman parte de la mielina, una sustancia grasa que recubre las fibras nerviosas.

Fosfolípidos. Se encuentran casi siempre en las membranas, pudiendo estar presentes en algunas grasas de reserva. Los ácidos grasos están enlazados por uniones ésteres a dos de los grupos hidroxilos del glicerol y el tercer grupo está esterificado con ácido fosfórico, en vez del ácido graso. Estos poseen una cola hidrofóbica formada por las dos cadenas de ácidos grasos y una cabeza hidrofílica que corresponde al ácido fosfórico con carga negativa y de una molécula con carga positiva unida a él. Por lo tanto, los fosfolípidos son lípidos anfipáticos, ya que poseen tanto regiones hidrofóbicas como hidrofílicas en sus moléculas, son muy polares. Los fosfolípidos sirven de vínculos estructurales vitales entre las fases acuosa y no acuosa de la célula; también cumplen un rol funcional en ciertas actividades enzimáticas. Entre los lípidos más abundantes en la composición de la mayor parte de las membranas de células animales están los fosfoglicéridos de etanolamina (cefalina) y de colina (lecitina). Otro compuesto importante es la cardiolipina, que está presente en todas las membranas de las células bacterianas, mitocondrias y cloroplastos.

Los esfingolípidos carecen de glicerol y presentan esfingosina, estos compuestos están presentes en las células vegetales y animales, siendo componentes especialmente importantes de las membranas celulares del cerebro y tejidos nerviosos; la esfingomielina es el compuesto más abundante de este grupo.

Los glucolípidos contienen carbohidratos en la región polar hidrofílica de la cabeza, generalmente D-glucosa o D-galactosa. Otras clases de glucolípidos tienen como componentes glicerol o esfingosina. Los cerebrosidos y los gangliósidos son ejemplos de este tipo de lípidos. A los gangliósidos también suelen llamarse glicoesfingolípidos por su composición mixta. Los cerebrósidos tienen un azúcar y una esfingosina y se encuentran en la envoltura de mielina del tejido nervioso.

LÍPIDOS DERIVADOS Estos son compuestos que presentan una estructura diferente a los verdaderos lípidos, sin embargo, también son insolubles o poco solubles en agua. En este grupo se incluyen a los esteroides y a los terpenos. Los esteroides son compuestos liposolubles, no saponificables, integrados por cuatro anillos de carbono, a los que se une una cadena de carbono de longitud variable. Ambos tipos son derivados de bloques constitutivos comunes de cinco átomos de carbono y son grupos relacionados de compuestos.

Entre ellos están el colesterol, las hormonas sexuales –masculinas y femeninas-, los ácidos biliares, las hormonas adrenocorticales (adrenalina y noradrenalina) y la vitamina D.

43

H 3C

OH H 3C H 3C

H 3C H 3C

H HH H CH3 C C C C H H H CH3

O Testosterona

H 3C

HO Estradiol

44

HO OH

Colesterol

La mayoría de los esteroides se presentan en pequeñas trazas, pero los esteroles son relativamente abundantes.

Los esteroides y esteroles se presentan como alcoholes libres o como ésteres de ácidos grasos de cadena larga, siendo el común el colesterol, presente en la membrana plasmática. Los vegetales y los hongos contienen otras clases de esteroles; no se ha informado sobre la presencia de esteroles en las bacterias.

Los terpenos se forman a partir de una molécula de isopreno que se repite. Los terpenos son constituyentes comunes en ciertas especies vegetales, son los responsables de olores y sabores característicos. Constituyen el componente principal de aceites esencias, derivados de tales vegetales, por ejemplo, el alcanfor, el limonero –presente en el limón– el geraniol, que le da el olor característico al geranio; el citronelol, que proporciona el olor a las rosas, ambos muy empleados en perfumería, goma natural y los pigmentos carotenoides que absorben la energía lumínica durante la fotosíntesis y que dan el color amarillo y naranja de las zanahorias, del follaje de otoño y de otros materiales. Algunos otros terpenos son usados en la fabricación de medicinas como el mentol, producido en la menta. El componentes lineal de la vitamina A y de la clorofila es un alcohol terpenoide llamado fitol. Es importante señalar que las vitaminas liposolubles A, D, E y K, también son sintetizadas a partir de la unidad pentacarbonada isopreno. Los carotenos vegetales son precursores de la vitamina A, que se encuentra sólo en animales.

Recapitulemos, ya vimos que los lípidos pueden ser estructurales o de reserva. En los vegetales se encuentran como cúmulos o gotas. Las ceras se encuentran en vegetales (en sus hojas, frutos y semillas). Además, en los animales constituyen el recubrimiento de los órganos, un protector interno para que las vísceras resbalen y los órganos tengan movimiento interno, también están en conductos internos (como el cerumen). Los fosfolípidos están en las membranas. Los cerebrosidos son el tejido sostén del sistema nervioso. Los esteroides son lipoides constituyentes de las hormonas y los carotenos dan el color a los vegetales. Pero aún hay más, en el siguiente cuadro se resume el papel biológico de éstos.

Función energética • Generalmente en forma de triglicéridos, constituyen la reserva energética de uso tardío o diferido del organismo. Su contenido calórico es muy alto (10 Kcal/gramo).

• Representan una forma compacta y anhidra de almacenamiento de energía.

• Los lípidos sólo pueden metabolizarse aeróbicamente –en presencia de oxígeno–.

Reserva de agua • Representan una importante reserva de agua; así, la combustión de un mol de ácido palmítico puede producir hasta 146 moles de agua (32 por la combustión directa del palmítico y el resto por la fosforilación oxidativa acoplada a la respiración).

• En animales desérticos, las reservas grasas se utilizan principalmente para producir agua (es el caso de la reserva grasa de la joroba de camellos y dromedarios).

Producción de calor • En algunos animales (particularmente en aquellos que hibernan), hay un tejido adiposo especializado que se llama grasa parda o grasa marrón. En este tejido la combustión de los lípidos no se ocupa en la producción de ATP, la mayor parte de la energía derivada de la combustión de los triacilgliceroles se destina a la producción calórica necesaria para los periodos largos de hibernación.

En este proceso, un oso puede llegar a perder hasta el 20% de su masa corporal.

Función estructural • Para poder delimitar bien el espacio celular, la interfase célula-medio debe ser hidrofóbica. Esta interfase está formada por lípidos de tipo anfipático. En medio acuoso, estos lípidos tienden a autoestructurarse formando la bicapa lipídica de la membrana plasmática que rodea la célula.

• Los orgánulos celulares: núcleo, mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, etc, también están rodeados por una membrana de bicapa lipídica.

• Las ceras –lípidos neutros, sirven como protección mecánica de las estructuras donde aparecen.

Función informativa • Los organismos pluricelulares han desarrollado distintos sistemas de comunicación entre sus órganos y tejidos. Así, el sistema endocrino genera señales químicas para la adaptación del organismo a diversas circunstancias medioambientales. Estas señales reciben el nombre de hormonas. Muchas de estas hormonas tienen estructura lipídica: por ejemplo: Esteroides, prostaglandinas, leucotrienos, calciferoles, etc.

Función catalítica Hay una serie de sustancias que son vitales para el correcto funcionamiento del organismo y que no pueden ser sintetizadas por éste, por lo tanto deben ser necesariamente suministradas en su dieta. Estas sustancias reciben el nombre de vitaminas. La función de muchas vitaminas consiste en actuar como cofactores de enzimas (proteínas que catalizan reacciones biológicas). En ausencia de su cofactor, la enzima no puede funcionar y la vía metabólica queda interrumpida con todos los perjuicios que ello pueda ocasionar.

Ejemplos son los retinoides (vitamina A), los tocoferoles (vitamina E), las naftoquinonas (vitamina K) y los calciferoles (vitamina D).

45

Como te habrás dado cuenta los lípidos cumplen funciones importantísimas en los seres vivos y, nunca te debes olvidar de que tú eres un ser vivo, ¡Sigamos trabajando!

11. Utiliza la lectura previa y; si es necesario, investiga en otras fuentes para responder las siguientes preguntas: a) ¿Cómo están formados los lípidos? b) ¿Cuál es la principal característica que tienen estos compuestos? c) ¿Cómo se realiza el enlace estérico? d) El enlace estérico permite la formación de: e) ¿Cómo clasificó el bioquímico Bloor a los lípidos? f) ¿Por qué se clasifican en ácidos grasos saturados y no saturados? g) ¿Por qué recomiendan consumir aceites vegetales y no grasas de origen animal? h) ¿Cuáles son los principales lípidos celulares y dónde se localizan?

12. Completa la tabla:

Tipo de lípido

Composición

Ejemplos

Fuente

46 Simples

Compuestos

Derivados

13. ¿Cómo justificarías la importancia de los lípidos?

14. ¿ Qué pasaría si los lípidos no existieran?

Función

Usos

15. Resuelve la siguiente sopa de letras en la que se encuentran escondidos varios términos relacionados con los lípidos I T A C E I T E S T E R I CO L E S F I NGO L I P I DO E GR A S A S L E C I T I NA S E P F O S F O L I P I DO S T C E R E B R O S I DO S N I E E NC E F A L I NA S A E MR CO L E S T E R O L L T R P O E S COL I NA E N E U P L I R G L I C E R I DO S R O E D A C I DO S G R A S O S S S E D E R I V A DO S L O T I F S

16. Lee la siguiente información: PROTEÍNAS Toca el turno a las proteínas, ¿qué podremos conocer sobre ellas? no nos distraigamos, lo que a continuación vas a leer, despertará tu interés de igual forma que los temas anteriores.

El término proteína viene del griego protéicos, que significa en primer orden. La importancia de éstas radica en que forman parte de la estructura de las células, constituyen entre el 50% y 70% de su peso seco y desempeñan acción biocatalizadora en las actividades celulares. Determinadas proteínas transportan moléculas o iones al interior de la célula, otras reconocen y neutralizan sustancias extrañas al organismo, o bien, pueden intervenir en la generación y transmisión de los impulsos nerviosos. Sin embargo, la función fundamental de las proteínas es formar, unir y proteger la estructura de los organismos vivos; éstas junto con los lípidos constituyen las membranas celulares.

Las moléculas de las proteínas tienen miles de átomos; presentan una estructura muy compleja, están formadas esencialmente por C, H, O, N y en ciertas proteínas S y metales, como el Fe, Zn y Mg. Todas las proteínas están formadas por unidades simples llamadas aminoácidos, los cuáles contienen en su composición al grupo amino y al grupo carboxilo, de ahí su nombre. Se reconocen 20 aminoácidos, constituyentes de las proteínas, desde los organismos unicelulares hasta los pluricelulares (Ver Cuadro 1 en las pp. 49 y 50).

Es importante señalarte que algunos aminoácidos no pueden ser sintetizados en nuestro organismo, que debemos incluirlos en nuestra dieta y que son indispensables para el buen funcionamiento del organismo, se les denomina aminoácidos esenciales, y son: fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptófano, valina, arginina e histidina.

47

Las proteínas son polímeros, ya que los aminoácidos se unen a través del enlace peptídico formando cadenas que reciben el nombre de péptidos, el más simple es un dipéptido. La polimerización ocurre por la reacción entre el grupo carboxilo de una molécula con el grupo amino de otra molécula, durante la reacción se libera una molécula de agua. Observa las siguientes figuras que te muestran cómo ocurre dicha unión.

Enlace Peptídico H

H O H 2N

+ H

C

C

OH

R Aminoácido 1

O C

N

C

H

R

OH

Aminoácido 2

H 2O

H 2N

48

H

O

C

C

R

H N

C

H

R

O C OH

Dipéptido

Otro ejemplo es: CH3 CH2

COOH + CH3

NH2

CH

COOH + CH2

NH2

OH

CH NH2

COOH CH2 NH2

CH

CONH

CONH

CH

COOH

CH2 OH

GLICINA

ALANINA

SERINA

TRIPÉPTIDO: Glicilalanilserina

Las proteínas pueden clasificarse tomando en consideración diferentes criterios, estructura, composición, grado de solubilidad, función, etc. Observa el siguiente esquema:

Clasificación de las proteínas:

PROTEÍNAS FIBROSAS

GLOBULARES CONJUGADAS

SIMPLES

CONJUGADAS

Protaminas (esperma) Albúminas (huevo) Pseudoglobulinas (suero) Histonas (timo)

Queratina (piel, lana, plumas, uñas) Colágeno (tendones, tejido conectivo) Elastina (ligamentos, vasos sanguíneos) Fibroína (seda) Miosina (tejido muscular)

PIGMENTOS

NO HIDROSOLUBLES

HIDROSOLUBLES

SIMPLES

Cromoproteínas (hemoglobina) Glucoproteínas (mucina) Lipoproteínas (lipovitelinas) Fosfoproteínas (caseína) Nucleoproteínas (histona) Metaloproteínas (ceruloplasmina)

Euglobinas (suero) Prolaminas (maíz) Glutelinas (Trigo)

Zárraga & otros. Química. McGraw Hill, México 2003, p. 288.

Cuadro 1: Veinte aminoácidos que se encuentran en los sistemas biológicos.

Aminoácidos con grupos laterales hidrofóbicos COO-

COO+ +

H 3N

H

C

H 3N

H

C

+

H 3N

CH2

CH CH3 H 3C

+

C

H C

CH CH3 H 3C

H

H 3N

C

H

COO+

H 3N

CH2

CH2

C

H

CH2

CH2

CH2

S

CH3

Leucina (leu)

Valina (val)

COO-

COO-

CH3 Metionina (met)

Isoleucina (ile)

Fenilalanina (phe)

Aminoácidos con grupos laterales hidrofílicos COO+

H 3N

H 2N

C

H

COO-

COO+

H 3N C

H

+

H 3N

C

H

+

H 3N

C

H

CH2

CH2

CH2

CH2

C

CH2

CH2

C

COO-

C

O

H 2N

+

H 3N

C

H

CH2 CH

HN O

COO-

COO-

NH C H

CH2 CH2 CH2 NH3+

Asparagina (asn)

Glutámico (glu)

Glutamina (gln)

Histidina (his)

Lisina (lis)

49

COO+

H 3N

C

H

COO-

CH2

+

CH2

H 3N

H

C

CH2

CH2

COO-

NH C NH2+ NH2

Aspártico (asp)

Arginina (arg)

Con características intermedias

+

H 3N

C

+

H

H 3N C

H

CH3

H

50

COO-

COO-

COO-

COO-

+

H 3N

C

H

C

+

H OH

H 3N

C

H

C

+

H 3N

Alanina (ala)

COO-

COO-

C

H

CH2

+

H 3N

C

H

CH2 C

OH

CH3

H Glicina (gly)

H

Treonina (thr)

Serina (ser)

COO+

H 3N

C

H

CH2 SH

COO+

H 2N

C

H 2C

H

C C

HC OH Tirosina (tyr)

N H Triptófano (trp)

Cisteína (cys)

Prolina (pro)

Todas las proteínas son cadenas lineales compuestas de algunos de estos veinte aminoácidos.

Las proteínas por su forma se dividen en fibrosas y globulares. Las fibrosas son proteínas de cadena lineal larga que se enlazan unas con otras de forma paralela a lo largo de un eje. Se encuentran constituyendo fibras o láminas largas; son insolubles en agua. Forman parte de tendones, músculos, piel, matriz de los huesos, uñas, cabellos, plumas, cuernos, etc.

Las proteínas globulares son cadenas polipeptídicas dobladas o enrolladas adoptando formas esféricas; son solubles en agua. Su función es esencialmente dinámica en la célula, forman las enzimas, los anticuerpos, etc.

De acuerdo con su composición se clasifican en simples o sencillas y compuestas. Las sencillas son las que están compuestas sólo de aminoácidos, mientras que las conjugadas están estructuradas por proteínas sencillas unidas a otros grupos no proteicos. A estos grupos que participan en las proteínas se les denomina grupo prostético. Ahora bien, cuando el grupo prostético es un carbohidrato, la proteína recibe el nombre de glicoproteína; cuando sustituimos al grupo prostético por el ácido fosfórico, la proteína es llamada fosfoproteína. Las nucleoproteínas tienen ácidos nucleicos y las lipoproteínas tienen fosfolípidos. Como ejemplos de las proteínas simples tenemos a: albúminas (ovoalbúmina-huevo, seroalbúmina-suero sanguíneo); globulinas (seroglobulina-yema de huevo); glutelinas (orizenina-arroz); prolaminas o gliadinas (zeína-maíz, hordeínacebada); histonas (globina-hemoglobina); escleroproteínas (colágena-huesos, queratina-pelo) y las protaminas (salmina del salmón, ciprinina en la carpa).

Entre las proteínas conjugadas están las: fosfoproteínas (caseína-leche, vitelina-yema de huevo); glucoproteínas (mucina-saliva, oseomucoide-hueso); nucleoproteínas (ribonucleoproteínas y desoxirribonucleoproteínas-tejido glandular); cromoproteínas (hemoglobinas-eritrocitos, catalasa); metaloproteínas (insulina tiene Zn y está en el páncreas, la ferritina contiene fierro y está en el hígado) y las lipoproteínas (lipoproteínas séricas – suero sanguíneo, lipoproteínas lácteas).

Las proteínas pueden ser de: Estructura primaria. Está determinada por la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

Estructura secundaria. Esta tiene dos variantes: a)De hélice alfa. Esta estructura es dada por la configuración helicoidal que presentan las cadenas

H N H C R1 O C OH

H

+H

N H R2 C H C O HO H H N H C R3 N O C

2H2O

H N H C R1 O C Enlace peptídico N H R2 C H C O H N N C R3 O C

51

polipeptídicas de muchas proteínas, debido a los puentes de hidrógeno que son los que estabilizan a la espiral y se forman entre el oxígeno del grupo carboxilo C=O y el hidrógeno del grupo amino NH. b)De tipo beta. Es otra configuración que presentan las cadenas polipeptídicas de estructura secundaria, tiene la forma de una hoja plegada.

N

R CO

N

C ON

R

C

CO

N

R CO

R CO

O

C O N C

R CO

NR CC

O

O

N

R CO

NR C

O

CO

O

52

CO

C O

N

R CO

C O

-Hélice

Hoja -

En las proteínas con estructura de hélice alfa los puentes de hidrógeno se forman dentro de la misma cadena de aminoácidos, en la hélice beta los puentes de hidrógeno se forman entre una cadena y otra.

Estructura terciaria. Se forma cuando la estructura secundaria de la cadena de polipéptidos está doblada sobre sí misma, adoptando un aspecto globular a lo largo de un eje.

Estructura cuaternaria. Se forma por la disposición espacial de las cadenas polipeptídicas de una proteína, formada por dos o más cadenas proteicas, es decir, que la molécula proteica nativa está formada por varias subunidades idénticas que se agrupan y presentan su propia conformación tridimensional.

Es importante señalar que las proteínas tienen funciones muy importantes en los seres vivos, por ello debes saber que existen ciertos factores que las desnaturalizan, es decir, que las hacen perder sus propiedades físicas y químicas, los principales factores desnaturalizantes son el calor y el pH. Las proteínas tienen diferentes funciones y pueden ser: Estructural • Algunas proteínas constituyen estructuras celulares.

• Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.

• Las histonas forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.

• Hay proteínas que proporcionan elasticidad y resistencia a órganos y tejidos.

• El colágeno del tejido conjuntivo fibroso es el componente principal del cartílago, la piel, etc.

• La elastina del tejido conjuntivo elástico tiene la función de dar elasticidad a los tejidos.

• La queratina proporciona dureza a las uñas, cuernos, etc.

• Las arañas y los gusanos de seda segregan fibroínas para fabricar las telas de araña y los capullos de seda, respectivamente.

Enzimática Las proteínas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. La función que realizan es la de biocatalizar –acelerar o retardar– las reacciones químicas del metabolismo. Existen algunos venenos y toxinas que son proteínas funcionan como enzimas. Tal vez todas las proteínas tengan función enzimática.

Energética Cuando es necesario que se metabolice, las proteínas son capaces de liberar 4 kilocalorías por gramo de proteína consumida.

De transporte • Algunas cromoproteínas especializadas, como la hemoglobina, son capaces de fijar oxígeno en su molécula y liberarlo posteriormente bajo la influencia de factores específicos; de esta manera actúan como transportadores de Oxígeno.

• En los invertebrados la hemocianina transporta el oxígeno.

• Los citocromos transportan electrones durante la cadena respiratoria.

De defensa • Algunas proteínas circulantes del plasma, principalmente del grupo de las globulinas, son capaces de combinarse con la proteína extraña (antígeno) que indujo su síntesis al entrar en contacto con el organismo por primera vez. Dichas sustancias producidas reciben el nombre de anticuerpos.

• La trombina y el fibrinógeno inducen la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias.

• Las mucinas (glucoproteínas) presentes en la saliva, que tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.

53

Hormonal Muchos de los mensajeros químicos (hormonas) que regulan el funcionamiento de otros órganos o glándulas son de naturaleza proteica, por ejemplo la insulina y el glucagón, responsables de regular la concentración de glucosa en la sangre; las hormonas segregadas por la hipófisis como la de crecimiento (HC) y la adrenocorticotrópica (HACT) que regulan la síntesis de corticoesteroides, o bien la calcitocina, que regula el metabolismo del calcio.

Reguladora Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular, por ejemplo la ciclina.

Homeostática Contribuyen a mantener el equilibrio osmótico y actúan junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno de la célula.

Contráctil • La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.

• La dineina está relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.

54

De reserva La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada, constituyen la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.

Como te darás cuenta, las proteínas son indispensables por la infinidad de funciones que realizan en los seres vivos, ¡ojo! ¡tú formas parte de ellos!, ¿que pasaría si alguna de las funciones que tienen no se realizara en tu cuerpo? Sabes, existen muchas enfermedades ocasionadas precisamente por el mal funcionamiento de las enzimas, por su carencia o por su ausencia, por ejemplo: la diabetes, la mucopolisacaridosis, la anemia falciforme, entre otras. A todo esto, ¿cómo y dónde se forman las proteínas?, a decir verdad, es un proceso que ocurre en el interior de tus células y depende de los requerimientos de tu organismo, del proceso de división celular, en fin. Pero este tema lo abordaremos a continuación.

17. Utiliza la lectura previa y si es necesario investiga en otras fuentes para responder a las siguientes preguntas:

a) La palabra proteína significa: b) ¿Cuáles son los principales elementos presentes en la composición de estos compuestos? c) ¿Cómo se llama a los monómeros que las constituyen? d) ¿Cómo se llama el enlace que permite la unión entre los aminoácidos? e) ¿Por qué razón algunos aminoácidos se llaman esenciales y cuáles son? f) Por su forma, las proteínas pueden ser: g) Las proteínas pueden presentar estructura: h) Señala las características de cada tipo de estructura y dibuja cada una de ellas. i) ¿Cómo se clasifica a las proteínas? j) ¿Qué funciones pueden tener las proteínas?

18. Completa la tabla:

Tipo de Proteína

Composición

Ejemplos

Fuente

Función

55 Fibrosas

Globulares

Simples

Conjugadas

19. Justifica la importancia de las proteínas.

20. Resuelve la siguiente sopa de letras donde se han escondido más de 15 términos relacionados con las proteínas.

A F E N I L A L A N I N A E Z I G C OG NM F C A S E I N A H V I T E L L O L L I H I S O L E U C I N A I R I N O L OU E E B NM I O S I N A L C A N S B A C T T M R H O R MO N A C I E A A O U G Q E OO O E L A S T I N A N L N L L L E U L R G S E MU C I N A L A I I A U A N E I P L ANT I C I C L I E S TNB RORN OO S I M P L E D A T L I C I L E P A A MB S A N I L U B O L G N A N E S R T S O I N S U L I N RM S L A S AO P O I S R ND E F E N P E P T I D I C N E T N E C ON J U G A D A S R A L B UM I N A S G L U C O P R O T E I N A S E N Z I MA L I M E T A LOP ROT E I NA S E R I

56

21. Lee la interesante información sobre los ácidos nucleicos que se presenta:

NH2 N

N

N

N O O

P

O

O

CH2

O H

H

H

OH

H

H

ÁCIDOS NUCLEICOS Hay dos tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula portadora de la información genética.

Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de un monómero llamado nucleótido (ver figura de la izquierda), cada nucleótido está formado, mediante un enlace éster, por un ácido fosfórico y un nucleósido (zona sombreada de la figura), este último se constituye por la desoxi-D-ribosa), y una base nitrogenada (purina o pirimidina unión de una pentosa (la D-ribosa o la 2- desoxi-D-ribosa), y una base nitrogenada (purina o pirimidina).

Las bases nitrogenadas pueden ser purinas: ADENINA y GUANINA, las bases pirimidínicas son: CITOCINA, TIMINA y URACILO. La timina sólo puede formar ADN y el uracilo sólo está presente en el ARN.

O C N HN C CH HN C C N 2 N H

NH2 C N C N CH HC C N N H Adenina

Guanina

O C

NH2 C N CH C CH O N

HN C CH3 C CH O N

Citosina

Timina

O C

HN CH C CH O N H Uracilo

PIRIMIDINAS

PURINAS

La figura que se presenta a continuación muestra las base en los nucleótidos: base, azúcar y fosfato.

Las bases de los nucleótidos del ADN H H Base N N N Fosfato HC P - O - CH2 N N H O

O N HC P - O - CH2 N

N

H

N C

N

H

O

Acuérdate de que la adenina (A) y guanina (G) son purinas y que la timina (T) y citosina (C) son pirimidinas.

OH H Azucar ADENINA

OH H GUANINA

PURINAS H H C O P - O - CH2 H H N H O N O OH H TIMINA

H H P - O - CH2 O

H N H

N

N O

OH H CITOSINA

PIRIMiDINAS

Apareamiento de bases H H N

H N

N H HC C N N H P - O - CH2 O OH H

C

O N

H H H N

H OH

O

O

A-T

H2C- O - P

H H H N H N O H N N O HC C H N N N P - O - CH2 O OH H

H OH O H C- O - P 2

G-C

Los nucleótidos se enlazan para formar los ácidos nucleicos o polinucleótidos. En las hebras enfrentadas A se complementa con T, y G se complementa con C. A menudo los pares de bases son mencionados como A-T o G-C, adenina a timina y guanina a citosina. Los nucleótidos A-T están unidos por dos puentes hidrógeno y C-G por tres.

57

Los nucleótidos se forman por la unión del C5’ de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucleótido monosfato. La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3’ de otro nucleótido. Así la cadena tiene un extremo 5´y un extremo 3´.

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ESTRUCTURA DEL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO “ADN” En el año 1953, James D. Watson y Francis H. C. Crack propusieron un modelo molecular para el ADN, la mayoría de los investigadores en ese entonces reconocieron que ese modelo servía para explicar la mutación y la replicación, dos propiedades fundamentales del material genético. Actualmente se acepta el modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice, las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula, ya que presentan una rotación de 36º con respecto al par adyacente, de forma que hay 10 pares de bases por cada vuelta de la hélice. La A Molécula de fosfato se empareja siempre con la T mediante dos puentes de Desoxirribosa hidrógeno, mientras que la C se empareja siempre con la G por medio de 3 puentes de hidrógeno, como ya se Bases nitrogenadas mencionó anteriormente.

T

A C

G C

G T

A

PUENTES DE HIDRÓGENO

Como puedes darte cuenta después de observar la figura antes presentada, nos damos cuenta de que la molécula de ADN, presenta bases nitrogenadas (Púricas: A, G y Pirimídicas: T, C), el azúcar desoxirribosa y el grupo fosfato.

Esquema tomado de http://www.ehu.es/biomoleculas/AN/an4-1.htm

En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3’-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5’-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas –una va en dirección 5’P al extremo 3’-OH, mientras que la otra está en dirección 3’-OH a 5’-P–, como puede observarse en la figura que se presenta arriba, tienen una orientación diferente. Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5’-P a la izquierda.

A partir de dicho modelo, sus autores sugirieron que las moléculas de ADN podían replicarse mediante la síntesis de las parejas complementarias nuevas de cada una de las hebras parentales de la estructura de doble hélice. Esto fue el fundamento de considerar al ADN como el material genético de la vida.

59 El ADN es el material genético de procariontes, eucariontes y muchos virus. Sin embargo, algunos virus tienen genes hechos de ARN (Acido ribonucleico). También es importante mencionar que existen diferencias entre las cadenas de ADN, por ejemplo en Procariotas –células sin núcleo–, así como en las mitocondrias y cloroplastos de eucariotas –células nucleadas-, el ADN se presenta como una doble cadena, de aproximadamente de 1 mm de longitud, circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. Esta “gigantesca” molécula circular tiene un peso de 3 X 10 9 d (daltons). No posee las histonas del cromosoma eucariota, pero se ha comprobado la existencia de proteínas y poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio que cumplirían su función. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado (“supercoiled” o superenrollado). En los virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.

En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado principalmente en el núcleo, apareciendo el superenrollamiento (trenzamiento de la cadena) y la asociación con proteínas histónicas y no histónicas. El ADN se enrolla (dos vueltas) alrededor de un octeto de proteínas histónicas formando un nucleosoma, estos quedan separados por una secuencia de ADN de hasta 80 pares de bases, formando un “collar de perlas” o más correctamente denominado fibra de cromatina, siendo la estructura propia del núcleo interfásico –cuando la célula no se está dividiendo–.

Este collar de nucleosomas vuelve a enrollarse y cada 6 nucleosomas constituyen un “paso de rosca” por medio de histoma H1 formando estructuras del tipo solenoide.

ESTRUCTURA DEL ÁCIDO RIBONUCLEICO “ARN”

C

Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2’ del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En el ARN la base que se aparea con la A es U, a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T.

U

A U G

C A

G G

U A G U

A G

Según las modernas teorías sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el ARN fuese el primer biopolímero que apareció en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolución. Se identifican tres diferentes tipos de ARN, de acuerdo con sus pesos moleculares, su función dentro de la célula y el sitio donde normal-l mente se encuentras y son:

RNA MENSAJERO (RNAm) Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción por el cual se copia el ARN a partir del molde del ADN, pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción).

60

RNA RIBOSÓMICO (RNAr) El RNA ribosómico (RNAr) está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los RNAm y formar la proteína correspondiente.

Imagen de los ribosomas, sitio donde se encuentran las moléculas de RNAr. Los ribosomas son los organelos donde se realiza la síntesis de las proteínas. Son diminutos organelos formados por dos subunidades, 30 S y 50 S en procariontes y 40 S y 60 S en eucariontes.

RNA DE TRANSFERENCIA (RNAt): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos.

ARN corto de interferencia ( siARN: del inglés: short interfering RNA ): Son componentes de una gran respuesta antiviral denominada interferencia del ARN. Ribo-llaves (ribo-switches): Son formas de ARN que actúan como llaves “encendido-apagado” de gran precisión.

ARNnc : ARN funcional que no codifica para síntesis proteica.

En general se consideran los primeros tres tipos para explicar el proceso en el que participan al interior de las células, muy importante para todos los seres vivos, la síntesis de las proteínas.

Dogma central de la Biología Se le llama así a los procesos estrechamente relacionados que son la REPLICACIÓN, la TRANSCRIPCIÓN y la TRADUCCIÓN, en los que participan el ADN y EL ARN. La REPLICACIÓN es fundamental, ya que para que la célula pueda dividirse, primero debe duplicarse el ADN. Este proceso consiste en la formación de nuevas hebras de ADN, para que las células hijas tengan exactamente la misma cantidad de material genético –ADN–. Durante la interfase el funcionamiento de la célula está dirigido por las proteínas. A partir del ADN se forma una molécula de ARN mensajero (TRANSCRIPCIÓN) que sale del núcleo; el ARNm es “leído” por el ribosoma (que contiene ARNr o ribosómico) con la ayuda del ARNt ( o de transferencia) que le provee los aminoácidos para la formación de las proteínas (TRADUCCIÓN). En la siguiente figura se muestran los tres procesos antes mencionados.

61

Se observa el momento en que la molécula de ADN se abre y se empiezan a formar las nuevas cadenas de ADN y al mismo tiempo se forman cadenas de ARN; el ARNm sale del núcleo y viajan hacia los ribosomas, en donde el mensaje que llevan –secuencias de bases– es interpretado por el RNAr y el RNAt para iniciar la síntesis de proteínas.

SINTESIS DE PROTEÍNAS Es un proceso interesante y complejo regulado por los ácidos nucleicos que se encuentran en el núcleo el ADN y el ARNm (ácido desoxirribonucleico y ácido ribonucleico mensajero, respectivamente). Para que pueda ocurrir la síntesis de las proteínas se llevan a cabo los siguientes eventos: en primer lugar la TRANSCRIPCIÓN del ADN, en segundo lugar la TRANSCRIPCIÓN del RNA y en tercer lugar la formación de la nueva proteína. La transcripción es el proceso en el cual se sintetiza el RNAm, al copiarse la secuencia de bases del DNA –cuando éste se está duplicando–, en este proceso participa la RNA polimerasa, que es la que cataliza –controla– la síntesis del RNA. Una vez formadas las cadenas de RNAm, éstas salen del núcleo, viajan por el citoplasma y llegan a los ribosomas, específicamente a la unidad más pequeña 30 S en procariotes o 40 S en eucariotes.

Durante la traducción interviene el RNAt y en este proceso los aminoácidos se colocan según el orden de tripletes del RNAm. El RNAt es el encargado de llevar a los aminoácidos desde el citoplasma y conducirlos al sitio de síntesis de las proteínas y reconocer el codón. Esto se debe a que los aminoácidos no reconocen los tripletes. El RNAt tiene tres bases que integran el anticodón y son complementarias al codón. Cuando el anticodón reconoce su codón inicia propiamente dicha la síntesis de proteínas. Debemos aclarar los siguientes términos; se llama codón, conjunto de tres bases de RNAm; triplete a un conjunto de tres bases de RNAm que codifica para cada uno de los veinte aminoácidos, y los codones forman lo que se conoce como Código Genético.

Sé que te parece un trabalenguas, difícil de repetir y más aún, difícil de entender, tratemos de explicarlo en términos más entendibles. Primero te presentamos el código genético:

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PRIMER NUCLEÓTIDO

U

C

A

G

U UUU UUC Fen UUA Leu UUG CUU CUC Leu CUA CUG AUU AUC Ile AUA AUG Met GUU GUC GUA Val GUG

C UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG

Ser

Pro

Tre

Ala

A UAU UAC Tir UAA Tre UAG CAU His CAC CAA Gln CAG AAU Asn AAC AAA Lis AAG GAU Asp GAC GAA Glu GAG

G UGU UGC UGA UGG CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG

Cis Tre Tri

Arg Ser Arg

Gli

U C A G U C A G U C A G U C A G

TERCER NUCLEÓTIDO

SEGUNDO NUCLEÓTIDO

Abreviaturas Ala Alanina Arg Arginina Asn Asparagina Asp Ácido aspártico Cis Cisteína Fen Fenilalanina Gli Glicina Gln Glutamina Glu Ácido glutámico His Histidina Ile Isoleucina Leu Leucina Lis Lisina Met Metionina Pro Prolina Ser Serina Tre Treonina Tri Triptófano Tir Tirosina Val Valina

Si observas detenidamente el cuadro, te darás cuenta de que al interactuar los nucleótidos se forman los codones, que constan de tres bases, y cada secuencia corresponde a un aminoácido en particular, es decir, cuando el DNA se duplica, al mismo tiempo se forman las moléculas de RNAm, y ya se está señalando la secuencia de aminoácidos que deberán estar presentes en la proteína que se tiene que sintetizar. Por ejemplo: HEBRA DE ADN 5’-3’ A G C T T G G A C

SE FORMAN LOS SIGUIENTES RNAm U C Se incorpora la Ser G A A Se incorpora la Asn C C U Se Incorpora la Leu G

Ya habíamos mencionado que el RNAr, interpreta el mensaje del RNAm, y que el RNAt forma el anticodón, es decir, una secuencia complementaria a su vez de cada RNAm, lo que permite buscar al aminoácido indicado y además colocarlo en el orden que le corresponda, observa ahora:

63 RNAm

CODÓN U C G A A C C U G

ANTICODÓN A G C U U G G A C

AUG-CAA-CGU-UAU-GAA-CUG-AGC-UUU-GCA-UCG-UAC-GCC-ACU…

met-gln-arg-tir-glu-leu- ...

GU-AGC-AUG-CGG-UGA Anticodones

Cadena de aminoácidos que se unen para formar la nueva proteína.

En la transferencia de los aminoácidos participa la enzima aminoacil-RNAt-sintetasa y moléculas de ATP; como se puede observar en las figuras antes presentadas cada aminoácido es transportado por su respectivo RNAt al sitio preciso del ribosoma para que pueda unirse con el resto de los aminoácidos y en el lugar que le corresponde, de acuerdo con el mensaje recibido del RNAm.

Con los avances que tiene hoy en día la ciencia y la tecnología se ha logrado obtener una vasta información relacionada con los ácidos nucleicos, más aún se logra mani-

pular el material genético para hacer mejoramientos a nivel celular, que contribuyan a resolver diferentes problemáticas como la obtención de mejores alimentos, control de enfermedades, se entiende mejor cómo sucedió el proceso de la evolución, y cómo los seres vivos logran adaptarse al medio en que viven, en fin, los aportes de la biología molecular al respecto son impresionantes. Cuando avances en tu curso de biología, retomarás algunos aspectos de este tema, ojalá te interesen lo suficiente para buscar más información al respecto.

Actividades: 22. Utiliza la lectura previa y si es necesario investiga en otras fuentes para responder las siguientes preguntas: a) ¿Qué características tienen en común el DNA y el RNA? b) ¿Qué diferencias presentan el DNA y el RNA? c) ¿Cuáles son los principales elementos presentes en la composición de estos?

23. Completa el siguiente cuadro:

64 ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ADN ÁCIDO RIBONUCLEICO ARN

COMPUESTOS QUE LOS FORMAN Grupo: Azúcar Bases Púricas: Bases Pirimídicas: Grupo: Azúcar Bases Púricas: Bases Pirimídicas:

24. Responde: a) ¿Qué enlace permite que las cadenas antiparalelas del ADN permanezcan unidas formando la doble hélice? b) ¿Qué funciones tiene el DNA? c) ¿Qué funciones tiene el RNA? d) ¿Qué ocurre si se altera la secuencia de las bases del DNA? e) ¿Qué es el código genético? f) Explica: ¿cómo ocurre la síntesis de las proteínas?

g) Investiga sobre el papel que ha tenido el DNA en el proceso de la Evolución de las especies. h) ¿Son importantes los ácidos nucleicos? Sí / No. Justifica tu respuesta.

25. Resuelve la siguiente sopa de letras que esconde varios términos relacionados con los ácidos nucleicos. (Tip: son más de diez palabras) A R N AM E N S J E R O A D E N D MC R P ROT E I NA S N L AU E OR I A S AN I D I M I R I P C S S O B DN A C R I C K B A C E L O OM O I O S C I N F O R MA C E X B O S M E R M I T C R OM R OO I I S A I A MO S OM O R C U D A R R W A T S ON B I O S S O T I M R P U R I C A S AO L T I M I NA I OD I T O E L C UN I C NU C R B AD E N I NAC E L U L AAA I O N P E N T O S A N T I C ODON S I A M I NO A C I DO S L O S O A NDOB L E H E L I C E R E RDA A H E R E N C I A N E D A C I OM U C OD I GOG E N E T I C O C I G S E NEGRUPO FO S F A TO

26. Comenta brevemente con tus compañeros y tu asesor, tu opinión sobre los temas antes vistos.

27. Elabora un mapa conceptual en el que señales las principales moléculas orgánicas, su composición, sus funciones y de ser posible anota ejemplos de estos.

1.4.4. Requerimientos de los Seres Vivos De acuerdo con la información antes revisada sobre carbohidratos, lípidos y proteínas nos queda bastante claro, el hecho de que todos juegan un papel importantísimo en los seres vivos, pero debemos ser más específicos al señalar en qué cantidad los requieren. Dichos requerimentos están intimamente ligados a las características propias de los seres vivos, por ejemplo: el oso almacena gran cantidad de grasa porque debe pasar por largos periodos de inanición. No es el caso del ser humano, que de manera regular consume alimentos; sin embargo, dentro de la especie humana, la mujer almacena mayor cantidad de grasa que el hombre, como una estrategia de sobrevivencia, ya que debe tener una reserva durante los embarazos, durante la lactancia y, de cierta manera, le da ventajas cuando esté enferma, pues esta grasa permitirá la obtención de energía; por el contrario, los hombres tienen y necesitan consumir una mayor cantidad de proteínas, ya que por naturaleza tienden a formar mayor cantidad de masa muscular. Investiguemos más.

65

1.5. TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA Objetivo temático: Discutirás las diferentes teorías sobre el origen de la vida a partir de la revisión de las propuestas hechas por Helmont, Oparin, Milller, Redi, entre otros, en un ambiente participativo, de respeto y tolerancia.

5

10

15

Formación del Sistema Solar

PRESENTE: Origen de la Vida hace 4.5

0

Formación de Galaxias

Tiempo en miles de millones de años

Gran Explosión

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Uno de los temas más espinosos para la biología es precisamente entender y explicar el origen de la vida, esa gran incógnita que acompaña a la humanidad desde épocas milenarias y aún sigue buscando la respuesta. Interrogante que da la pauta a muchas investigaciones científicas para conocer la verdad sobre los eventos que precedieron a la aparición de los seres vivos.

Las investigaciones realizadas desde la antigüedad han permitido establecer diversas teorías que intentan explicar ¿cómo surge la vida?, ¿cómo aparecieron los seres vivos?

Entre ellas tenemos la: Creacionista, Generación Espontánea, Panspermia, Biogénesis y la Teoría de la Síntesis Abiótica , esta última intenta proponer cómo fueron los protobiontes. Sin embargo, debemos partir de explicar cómo se originó el universo, para darnos una idea de cómo eran las características de nuestro planeta desde sus inicios y qué elementos intervinieron en el proceso de generación de la vida. Existen diferentes teorías que tratan de explicar el origen del Universo, pero la más aceptada es la Teoría del Big-Bang.

Primero analicemos la siguiente línea del tiempo:

1.5.1. Teoría de la Generación Espontánea La idea de la generación espontánea surgió también como una teoría materialista, entre los griegos como Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito (en el siglo V antes de Cristo). Para ellos la vida podía surgir del lodo, de la materia en putrefacción, del agua de mar, del rocío y de la basura, ya que ahí observaron la aparición de gusanos, insectos, cangrejos, pequeños vertebrados, etc. A partir de ello, dedujeron que esto se debía a la interacción de la materia no viva con fuerzas naturales como el calor del sol.

Posteriormente, Aristóteles (S. IV A.C.) la convierte en una teoría idealista, él propone que la generación espontánea de la vida era el resultado de interacción de la materia inerte con una fuerza vital o soplo divino que llamó entelequia.

El pensamiento de Aristóteles prevaleció por muchos años y para comprobar que esta teoría era incorrecta, se realizaron experimentos por diferentes científicos interesados en echarla abajo dicha teoría. La tarea no fue sencilla y se dieron los primeros pasos firmes en ese sentido hasta el siglo XIX, cuando el científico francés Louis Pasteur con un sencillo experimento logró por fin demostrar que no existía la generación espontánea. ¡Por fin, adiós al mito de la generación espontánea!

Posterior a los resultados de Pasteur, los experimentos estuvieron y están encaminados a demostrar que “la vida viene sólo de la vida”, los biólogos llaman a este Principio de Biogénesis.

Actividades: 1. Investiga en los medios que tengas a tu alcance y responde las preguntas: a) En relación a la teoría de la generación espontánea, ¿quiénes la apoyaban? b) ¿Quiénes estaban en contra de dicha teoría? c) ¿Qué experimento realizó J. B. Van Helmont y qué resultados obtuvo? d) ¿Qué experimento realizó Needham y que resultados logró? e) ¿Por qué no consiguió echar abajo la teoría de la Generación espontánea? f) Describe brevemente en qué consistió el experimento realizado por Francisco Redi. g) ¿Cómo pudo refutar Lázaro Spallanzini los resultados obtenidos por Redi? h) Describe brevemente el experimento de Luis Pasteur. i) ¿Cómo logra comprobar que no existe la generación espontánea? j) ¿Por qué fue tan difícil echar abajo la teoría de la generación espontánea? k) Con las aportaciones de L. Pasteur se estableció el principio de la Biogénesis, ¿quién lo propone?, ¿qué plantea dicho principio?, ¿estás de acuerdo con él?, sí, no ¿por qué?

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1.5.2. Teoría de la Panspermia 2. Investiga sobre esta teoría, precisando la época en que fue propuesta y quiénes la sostuvieron.

3. De acuerdo con tu investigación en relación con la teoría de la panspermia, ¿qué opinas sobre ella?

4. Reflexiona sobre lo siguiente: a través de los medios informativos tú sabes que hoy en día, el hombre realiza diferentes viajes al espacio exterior y que en la mayoría de ellos lleva organismos vivos para conocer su comportamiento fuera de nuestra atmósfera. Asimismo, buscan con ahínco evidencias sobre la existencia de otros seres vivos realizando múltiples experimentos ¿consideras que algo similar pudo ocurrir para que la vida surgiera en nuestro planeta?, en otras palabras, ¿podría pensarse que otra civilización haya hecho investigaciones aquí hace miles de años trayendo consigo organismos de los cuales se desarrollaron los seres que hoy conocemos? Justifica tu respuesta.

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5. Para entender mejor esta teoría te recomendamos observar la película EVOLUCIÓN, analizando, criticando y reflexionando sobre su propuesta. Comenta con tus compañeros y con tu asesor y luego contesta: a) ¿En que estás de acuerdo? b) ¿Qué eventos quedan fuera de la realidad? c) ¿Podemos considerar que en su realización se tomó en cuenta la teoría de la panspermia?, Sí / No. Justifica tu respuesta.

1.5.3. Teoría de la Biogénesis 6. Lee la siguiente información.

Partiendo de los resultados obtenidos por Pasteur, se continuó investigando y se estableció la teoría de la Biogénesis.

El termino biogénesis viene de dos vocablos griegos bios: vida y genésis: inicio o principio. La teoría establece que: “la vida solo proviene de la vida”, y tal afirmación se convierte en el segundo postulado de la Teoría Celular –que estudiaremos más adelante–. Actualmente la Teoría de la Biogénesis está totalmente aceptada, ya que confirma el principio de unidad entre los seres vivos y el de diversidad que se manifiesta en la variedad de formas, colores y especialidad fisiológica de las células.

7. Investiga en los medios a tu alcance y profundiza sobre la Teoría de la Biogénesis, luego responde estas preguntas: a) ¿Qué plantea la teoría de la biogénesis? b) ¿Estás de acuerdo con ella?, Sí / No, ¿por qué?

1.5.4. Teoría de la Evolución Química 8. Estudia atentamente el texto que aparece a continuación: Hasta mediados del siglo 18 se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea –un compuesto orgánico–, dio por tierra con esta creencia. En 1924 Alexander I. Oparin y en 1928 John B. S. Haldene propusieron por separado la misma teoría sobre el origen de la vida. Esta teoría sugiere que la atmósfera primitiva de la tierra era muy diferente a la actual, pues no contenía oxígeno libre, es decir, no era oxidante, sino reductora por su alto contenido de hidrógeno, además de contener también agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y amoníaco (NH3).

La ausencia de oxígeno libre en la atmósfera no permitía la formación de ozono ni tampoco detenía las radiaciones ultravioleta del Sol en la proporción que lo hace ahora, facilitando que estas radiaciones llegaran en forma directa a la superficie terrestre. De ahí que las sustancias presentes en la atmósfera se hallaran expuestas a una intensa radicación ultravioleta, a las altas temperaturas originadas por la radiación solar y a la actividad volcánica, así como a las descargas eléctricas ocasionadas por las tormentas que ocurrían en la Tierra primitiva. Toda esta energía provocó que los compuestos reaccionaran entre sí, dando como resultado la organización de molécula sencillas o monómeros como aminoácidos simples y carbohidratos, fundamentalmente.

El carácter reductor de la atmósfera primitiva de la Tierra y las diversas fuentes de energía que actuaban sobre ella, facilitaron que el metano, amoníaco, bióxido de carbono y vapor de agua dieran origen a los primeros monómeros orgánicos sintetizados por procesos fisicoquímicos: aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos y bases nitrogenadas para después llegar a formar polipéptidos, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos.

Al parecer, fue el bioquímico J.B.S Haldene el primero en proponer que la atmósfera reductora (sin oxígeno libre) reunía las características necesarias para la evolución de la vida, a partir de compuestos orgánicos, al facilitar la llegada de las radiaciones ultravioleta a la superficie de la Tierra, constituyéndose aquéllas en la principal fuente de energía para la síntesis abiótica de diversos monómeros orgánicos.

Al acumularse este material orgánico en el medio acuático se da origen al caldo caliente y diluido (sopa primigenia) donde según la teoría Oparin-Haldene se polimerizaron estas unidades de compuestos orgánicos para formar moléculas de proteínas, carbohidratos , ácidos nucleicos y que a mayor grado de organización, se agrupan para formar los sistemas polimoleculares abiertos, unidades llamadas protobiontes o sistemas precelulares.

En 1950 Stanley Miller, diseño un experimento que pretendía corroborar la hipótesis de Oparin, que proponía como condiciones de partida: 1) Una atmósfera reductora: ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre 2) Presencia de cantidades considerables de: C(carbono), H(hidrógeno), O(oxígeno), y N(nitrógeno) Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primordial. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller obtuvó aminoácidos. Subsecuentes modificaciones de la atmósfera

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produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas (monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, bases nitrogenadas).

La Tierra en sus inicios era un lugar muy diferente al que conocemos actualmente, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una “sopa” de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos –llamada Sopa primigenia por Haldene-. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas.

Otros científicos también han contribuido para confirmar dicha hipótesis, así tenemos a Sidney W. Fox, quien demostró cómo de la unión de unos aminoácidos con otros pudieron formarse moléculas de proteínas en la sopa primigenia; para ello, calentó hasta el punto de fusión una mezcla de 18 a 20 aminoácidos, al enfriarse comprobó que los aminoácidos se habían unido dando lugar cadenas estructuralmente parecidas a las proteínas actuales.

Por su parte Melvin Calvin, mezcló metano, amoníaco, hidrógeno y agua, los expusó a rayos gamma y de este modo obtuvo aminoácidos y carbohidratos.

En 1965, Ponnamperuma diseñó un experimento que simulaba tanto la atmósfera primitiva como la hidrósfera, además empleó diversos tipos de energía como los rayos ultravioleta y diferentes precursores químicos, con lo cual logró sintetizar diversos aminoácidos, ácidos grasos, lípidos y carbohidratos.

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Otros investigadores, mediante diferentes procedimientos han logrado obtener en condiciones de laboratorio aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos e incluso moléculas de nucleótidos.

Inicio de la vida: los protobiontes Se ha observado que si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas (esférulas), muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.

En la década de los 20, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacáridos; eran bastante estables y los llamó coacervados. Esto hizo pensar que los productos formados a partir de esos ácidos nucleicos podrían haber quedado cerca del ácido nucleico y, eventualmente, ser rodeados de una membrana lipoprotéica, que habría resultado en la primera célula.

Los primeros organismos -según esta teoría- fueron anaerobios dado el carácter reductor de la atmósfera primitiva, sin embargo, conforme fueron cambiando las condiciones atmosféricas por el aumento de oxígeno, aparecieron los organismos anaerobios.

Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias: a) Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho más eficientes. b) El O2 liberado a la atmósfera era tóxico para los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas. c) Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de carbono en la atmósfera, y por lo tanto el carbono empezó a circular por la ecósfera.

d) En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra, pero con su ausencia disminuyó la síntesis abiótica de moléculas orgánicas.

9. Investiga más a fondo sobre la Teoría de la Evolución Química y responde: a) ¿Cómo explica Oparin el origen de la vida?

b) ¿Qué propone B. J. S Haldene?

c) ¿Qué hizo Stanley Miller para demostrar que efectivamente ocurrió la Evolución Química de los compuestos orgánicos?

d) ¿Qué demostró Sidney W. Fox?

e) ¿Qué diseñó Ponnamperuma y qué demostró con su experimento?

f) ¿Qué resultados obtuvo Melvin Calvin y en qué consistió su experimento?

71 g) ¿A qué se le llama protobionte?

h) ¿Qué modelos de protobiontes se han propuesto?

10. Completa el siguiente cuadro:

PROTOBIONTE COACERVADOS

ESFÉRULAS

SULFOBIOS

PROPUESTO POR

CARACTERÍSTICAS

DIBUJO

11. Responde las preguntas: a) ¿Qué papel juegan las membranas en la constitución de los protobiontes?

b) Reflexiona y luego contesta, ¿qué ocurriría si no se hubieran formado las membranas celulares?

c) ¿Cómo obtuvo Sydney X. Fox a las esférulas?

d) ¿Qué podemos concluir en relación a la evolución química de los compuestos orgánicos?

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Para conocer más ampliamente sobre las teorías investiga en los medios que tengas a tu alcance, ENCARTA, Internet, libros de texto y no olvides que tu asesor te puede orientar de las fuentes que te proporcionan más y mejor información.

12. Con el propósito de sintetizar la información que acabas de adquirir y fijar las ideas más importantes, llena el cuadro que aparece a continuación:

TEORÍA

¿QUIÉN Y CUÁNDO LA POSTULA?

FUNDAMENTO PRUEBAS DE APOYO

PRUEBAS EN CONTRA

Generación Espontánea

Panspermia

73

Biogénesis

Síntesis Abiótica

13. De estas teorías, ¿cuál prevaleció por más tiempo? ¿cuál tiene más pruebas a favor?

1.5.5. Concepciones Actuales sobre el Origen de la Vida A partir de la teoría que existe para explicar el origen de la Luna, se calcula que aproximadamente 50 millones de años después de que se formó el sistema solar, nuestro protoplaneta fue golpeado por una masa del doble del tamaño de Marte, un planeta llamado Morfeo. Los desechos de ese choque dieron origen a la Luna, que en un principio era un objeto enorme ubicado a 22,528 km de distancia de la Tierra -17 veces más cerca de que se encuentra hoy en día- lo cual originó condiciones muy particulares en nuestro planeta.

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El Dr. Norman Sleep, profesor de Geofísica en la Universidad de Stanford propone que después de que Morfeo chocó contra la Tierra, se originaron una serie de cataclismos en la Tierra que propiciaron y aceleraron los procesos de la evolución de la materia hasta formar los primeros seres vivos. Él considera que de no haber ocurrido tal suceso el planeta se encontraría sumergido hasta los 3 Km. bajo del agua, no habría oxigeno suficiente; sin embargo, gracias al impacto se expulsó aproximadamente la mitad del agua del océano. Señala que después del impacto el proceso evolutivo volvió a empezar en la Tierra. Su teoría la fundamenta en proponer que los núcleos de los planetas eran de hierro, y que después del impacto favoreció la formación de una estructura que a su vez permitió la formación de una atmósfera diluida la cual por acción de las descargas eléctricas –rayos– generó los elementos que al sumarse propiciaron la evolución y aparición de los seres vivos. Su teoría toma como base los hallazgos de seres vivos en rocas de Groelandia que corresponden a 200 millones de años antes de la fecha calculada sobre la aparición de la vida en el planeta. De hecho se considera que de no haberse formado la Luna, la vida se encontraría en las primeras fases de evolución. Otro dato interesante derivado de su teoría es que considera que de no haber sido de esta manera, no existiría la especie humana, que los seres pensantes se encontrarían en los océanos y no en la Tierra.

14. ¡Interesante! ¿No te parece? Si tienes oportunidad, observa el Documental “Y SI NO TUVIERAMOS LUNA”, de la Colección Descubriendo el Mundo, 1999, editado por Discovery Chanel.

Lo cierto es que todas las teorías buscan explicar, más aún, comprobar cómo surge la vida; sin embargo, todas tienen el inconveniente de no poder asegurar categóricamente que de tal o cual forma ocurrieron los eventos que se proponen, ¡La tarea aún es larga! ¿No crees? ¿Nos ayudas?

15. Investiga en páginas Web otras propuestas recientes. ¡Será interesante!

Comenta tu investigación con tus compañeros y tu asesor.

¿Qué he aprendido? ) Nivel de organización que considera Llegó el momento de demostrarte a ti mismo 6. ( la interacción entre poblaciones con su medio que sí aprendiste ¡Autoevalúate! Resuelve los físico en un lugar determinado. siguientes ejercicios, ¡Empecemos!

I. Contesta brevemente las siguientes pregun- a) Población b) Comunidad tas. c) Ecosistema 1. ¿Cómo justificas que la Biología es una cien- d) Biósfera e) Especie cia importante?

2. ¿Es importante para ti? Sí, No ¿Por qué?

7. ( ) Nivel de organización formado por grupo de células para realizar una función específica.

II. Coloca en el paréntesis la letra que conteste a) Átomo b) Molécula correctamente cada enunciado. c) Célula 3. ( ) Capacidad de los organismos de respon- d) Tejido e) Órgano der a estímulos del exterior. a) Homeostasis b) Irritabilidad c) Movimiento d) Adaptación e) Reproducción

8. ( ) Conjunto de tejidos que se organizan para formar estructuras que realizan una función común.

a) Célula b) Tejido 4. ( ) Capacidad de un organismo para dar c) Órgano d) Aparato origen a otro semejante a él. e) Individuo a) Crecimiento 9. ( ) Boca, faringe, esófago, estomago, intestib) Metabolismo nos delgado y grueso, recto y ano forman un: c) Reproducción d) Adaptación a) Tejido e) Homeostasis b) Órgano 5. ( ) Etapa del metabolismo en que ocurre la c) Sistema d) Individuo biosíntesis de nuevas moléculas. e) Especie a) Catabolismo 10. ( ) Ciencia que estudia los tejidos. b) Anabolismo c) Fotosíntesis a) Citología d) Quimiosíntesis b) Histología e) Ciclo de Krebs c) Morfología d) Fisiología e) Embriología

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11. ( ) Ciencia que estudia la transmisión de las características de padres a hijos. a) Citología b) Embriología c) Fisiología d) Genética e) Patología

13. ( ) Ciencia auxiliar de la biología que se encarga de estudiar la composición de la materia viva. a) Matemáticas b) Química c) Física d) Geología e) Geografía

12. ( ) Ciencia que estudia el origen y las transformaciones que se han presentado en la materia viva a través del tiempo. a) Genética b) Paleontología c) Patología d) Evolución e) Embriología III. Relaciona ambas columnas, colocando dentro del paréntesis la letra que corresponda a la opción correcta.

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14. ( ) Paso del método científico que consiste en ver detenidamente algo que despierta nuestro interés.

15. ( ) Paso del método científico que consiste en crear las condiciones especiales que hagan posible la repetición del fenómeno.

a) Hipótesis

16. ( ) Se formulan preguntas sobre lo observado; permite establecer semejanzas y diferencias.

c) Método científico

17. ( ) Es la explicación temporal basada en lo que se sabe sobre el fenómeno observado.

18. ( ) Conjunto de actividades planeadas para comprobar la hipótesis propuesta.

19. ( ) Serie ordenada de operaciones que el hombre de ciencia realiza para obtener nuevos conocimientos.

20. ( ) Se obtiene mediante la inducción a partir de las observaciones y medidas de los fenómenos naturales.

21. ( ) Debe relacionar de manera razonable muchos hechos aparentemente aislados en una estructura mental coherente.

b) Observación

d) Diseño del experimento e) Planteamiento del problema f) Experimentación g) Aceptación de la hipótesis h) Ley i) Teoría

IV. Coloca en el paréntesis la letra que corresponda a la respuesta correcta:

27. ( ) Proteína conjugada constituyente de la sangre.

22. ( ) Carbohidratos formados por dos a once monosacáridos.

a) Albúmina b) Creatinina c) Coenzima d) Hemoglobina e) Gluteína

a) Monosacáridos b) Oligosacáridos c) Polisacáridos d) Estructurales e) Metabólicos 23. ( ) Principal polisacárido constituyente de las paredes celulares de la célula vegetal. a) Glucosa b) Galactosa c) Fructuosa d) Almidón e) Celulosa 24. ( ) Monosacárido que se obtiene durante el proceso de la fotosíntesis. a) Glucosa b) Galactosa c) Fructuosa d) Almidón e) Celulosa 25. (

) Ejemplos de aminoácidos esenciales:

a) Gli-Ala-Lis b) Fen-Iso-Lis c) Ala- Ser- Fen d) Cis-Asp-Gln e) Tir-Pro-Glu 26. ( ) Proteínas formadas por cadenas polipeptídicas ordenadas paralelamente a lo largo de un eje, formando fibras o láminas, son insolubles en agua. a) Conjugadas b) Simples c) Fibrosas d) Globulares e) Enzimáticas

28. ( ) Enlace que permite la unión entre los aminoácidos para formar a las proteínas. a) Glucosídico b) Peptídico c) Estérico d) Iónico e) Puente de hidrógeno 29. ( ) Base pirimídica que diferencia al RNA del DNA. a) Adenina b) Guanina c) Citosina d) Timina e) Uracilo 30. ( ) Tipo de RNA que se forma por la transcripción del DNA. a) RNAm b) RNAt c) RNAr d) RNAn e) RNAnc 31. ( ) Organelo esférico colocado sobre el retículo endoplasmático rugoso, formado por dos subunidades; es el sitio de la síntesis de proteínas. a) Centrosoma b) Lisosoma c) Ribosoma d) Cloroplasto e) Vacuola

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V. Relaciona ambas columnas, coloca la letra correcta dentro del paréntesis.

32. ( ) Compuestos orgánicos insolubles en agua, formados por cadenas de ácidos grasos, glicerol u otras sustancias; participan en la formación de las membranas celulares.

a)Ácidos nucleicos

b)Proteínas 33. ( ) Compuestos formados por varios grupos hidroxilo y al menos uno cetónico o aldehídico; son la principal fuente de energía.

c)Lípidos

34. ( ) Compuestos formados por cadenas de aminoácidos, forman parte del material estructural de la célula; actúan como enzimas, hormonas, etc.

d)Carbohidratos

35. ( ) Compuestos formados por subunidades llamadas nucleótidos (bases nitrogenadas + pentosa + ácido fosfórico), participan en el metabolismo y proceso de duplicación del material genético.

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e) Agua

f) Macronutrientes

36. ( ) Molécula formada por 2 hidrógenos y 1 oxígeno, forma del 70 al 90% de la materia viva; sirve para disolver las sustancias que la célula incorpora o desecha del citoplasma.

g) Micronutrientes

37. ( ) Sustancias requeridas en pequeñísimas cantidades por los seres vivos.

h) Compuestos orgánicos

38. (

i) Compuestos inorgánicos

) Compuestos formados básicamente por C, H , O, N

VI. Ordena cronológicamente los eventos que permitieron el origen de los seres vivos.

39. Composición de la atmósfera terrestre igual a la nebulosa solar. ( 40. Aparecen los primeros eubiontes o seres vivos verdaderos.(

)

)

41. Reacciones entre amoniaco, bióxido de carbono, vapor de agua, etc. para formar monóme ros. ( ) 42. Composición de una nueva atmósfera a partir de los gases despedidos durante las erupcio nes volcánicas. ( ) 43. Perfeccionamiento del intercambio de materia y energía y especificación progresiva de la composición química; se forman los primeros polímeros. ( ) 44. Aparecen los primeros protobiontes. (

)

VII. Relaciona ambas columnas, coloca la letra que conteste correctamente dentro del paréntesis.

45. ( ) Teoría propuesta por Arhenius en 1908, que dice que la vida en nuestro planeta se desarrolló a partir de bacterias o esporas que provenían de otros planetas.

a)

Generación espontánea

b)

Panspermia

46. ( ) Teoría que establece que los seres vivos podían originarse a partir de sustancias inanimadas por la acción de la entelequia. c)

Síntesis Abiótica

47. ( ) Teoría que propone que las primeras manifestaciones de vida se originaron de sustancias sencillas que evolucionaron lentamente por un proceso fisicoquímico.

d)

Stanley Miller

48. ( ) Científico que en 1953 trató de demostrar la evolución química de los compuestos, construyendo para ello un aparato especial cerrado al vacío.

e)

Aristóteles

f)

Coacervados

49. ( ) Agregados moleculares de proteínas que por tensión superficial formaban una membrana semipermeable que los aislaban del medio circundante.

50. ¿Qué teoría cuenta con más argumentos para explicar el origen de los seres vivos?

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Quiero saber más SABÍAS QUE... aparte de los compuestos orgánicos propios de los seres vivos que ya revisamos, existen otros más que tienen una importancia vital a nivel celular y pluricelular, se trata de las moléculas energéticas, como su nombre lo señala proveen de la energía necesaria para que se puedan realizar todas y cada una de las actividades celulares que permiten la vida.

Las moléculas energéticas forman el sistema ATP-ADP, constituido por el trifosfato de andenosin ATP, y el difosfato de adenosin ADP, los cuales actúan como transportadores de energía química a nivel intracelular. Se localizan en el citoplasma y en organelos celulares. Están formadas por una molécula de ribonucleótido que es el monofosfato de adenosina AMP, éste al aceptar un átomo del ión fosfato, forma el ADP, a su vez, si el ADP, acepta un ión fosfato, se convertirá en ATP, ambas reacciones son reversibles.

El sistema de transporte ATP-ADP, es el que cubre los requerimentos energéticos del metabolismo celular. En la fotosíntesis, son las moléculas de NADP (nicotinamida adenin difosfato) y el NADPH (nicotinamida adenin difosfato reducido) quienes sirven como sistema de transporte energético –los procesos energéticos los revisaras más ampliamente en otra sección de la guía–. Estas moléculas están constituidas por C, N, O,

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MOLÉCULA DE ATP

Science/Sourse ¿Sabías quiénes contribuyeron a obtener el conocimiento biológico? En el siguiente cuadro de resumen podrás descubrir quién y qué aportaron, también te darás cuenta del tiempo que transcurrió desde la antigüedad y cómo en el siglo pasado en poco tiempo se hicieron valiosos descubrimientos, es decir, la ciencia biológica avanzó a pasos agigantados.

Científicos que contribuyeron al conocimiento biológico

NOMBRE Y NACIONALIDAD

Galeno (griego)

Andreas Vesalius (belga) William Harvey (británico) Anton van Leeuwenhoek (holándes) Carolus Linnaeus (sueco)

Jean Lamarck (francés) Louis Pasteur (francés)

Gregor Mendel (austriaco) Charles Darwin (británico) Paul Ehrlich (alemán)

Thomas Hunt Morgan (estadounidense) Sir Alexander Fleming (británico) Dorothy C. Hodgking (británico) James Watson (estadounidense) F.H. Crick (británico) Maurice Wilkins (británico) Jonas Salk (estadounidense) Albert Sabin (estadounidense) Melvin Calvin ((estadounidense) Barbara McClintock (estadounidense)

APORTACIÓN

Siglo II. Sistematizó la ciencia de la anatomía. Desarrolló métodos científicos.

S. XVI Hizo disecciones en humanos. Continuó el estudio de la anatomía humana.

Demostró que la sangre circula. Estableció la ciencia de la Fisiología.

S. XVII. El primero que vio un organismo unicelular con un microscopio.

S. XVIII. Desarrolló el sistema de nomenclatura binomial que los biólogos usan actualmente. Estableció un sistema de dos reinos en taxonomía.

S. XIX Desarrolló una primera explicación para la evolución, involucrando el uso y el desuso, y las características adquiridas.

Desarrolló vacunas para la rabia y el carbunco, desarrolló un método para matar a las bacterias dañinas, llamado pasteurización. Rechazó la Teoría de la Generación Espontánea.

Estudió las características de las plantas de chícharo. Estableció los fundamentos de la ciencia genética.

Estableció el concepto de Selección Natural. Desarrolló la Teoría Moderna de la Evolución.

Usó la quimioterapia para el tratamiento de la sífilis y desarrolló la antitoxina de la difteria.

S. XX Utilizando moscas de la fruta mostró las bases físicas de la herencia. Estableció la Teoría de los Genes.

Descubrió la penicilina, con él da comienzo la era de los antibióticos.

Determinó la estructura de la penicilina y la vitamina B12, por medio de estudios con rayos X. Desarrollaron un modelo para la estructura del DNA, uno de los descubrimientos más importantes de la Biología en este siglo.

Desarrollaron vacunas contra la poliomielitis Estableció la ruta química de la fotosíntesis en C3 Demostró que los genes pueden moverse de un lugar a otro en un cromosoma.

Otto A. Towle. Biología Moderna. México, McGraw Hill, 1993, p. 6.

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En el cuadro se citan aportaciones que destacan por haber impactado no sólo a la sociedad científica sino a la sociedad en general, a partir de sus descubrimientos potencializaron muchas otras investigaciones, contribuyendo enormemente a solucionar diferentes incógnitas científicas y muchos problemas que enfrentaba la humanidad. Si te interesa conocer más descubrimientos científicos investiga en medios electrónicos, en enciclopedias, etc. Recuerda que:

• Una característica de los genios como tú, es que siempre quieren saber más.

• No te conformes con lo que un libro o tu Asesor te proporcionen, tienes muchas más cosas que saber.

Bibliografía Cervantes, Marta y Margarita Hernández. Biología General. 2ª ed. México, Publicaciones Cultural, 2004 Otto A. Towle. Biología Moderna. McGraw Hill, México 1993, p. 6.

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BIOLOGÍA CELULAR Objetivo de la unidad: Explicarás las diferencias de los niveles de complejidad entre una célula procariótica y eucariótica, a través del análisis comparativo de la estructura y la función de la célula.

¿

¿

¿Qué voy a aprender?

¿

2

UNIDAD

En la unidad anterior tuviste la oportunidad de conocer la importancia de los seres vivos, a partir del significado de la Biología como ciencia, su campo de estudio y la relación con otras disciplinas como la Química, la Genética, las Matemáticas, la Física, etc. Posteriormente revisaste los niveles de organización de la materia desde sus formas más simples hasta las más complejas. Asimismo, conociste los pasos del método científico y su aplicación en diversas situaciones. De los seres vivos estudiaste aquellas características por las cuales se les considera organismos vivientes desde el punto de vista estructural y funcional. Otro objeto de estudio fueron los compuestos químicos representativos de los seres vivos, como los carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y otros compuestos que se clasifican como inorgánicos pero que resultan esenciales para conservar la vida: el agua y las sales minerales. Al estudiar las teorías del origen de la vida, con seguridad te enteraste de que una de ellas postulaba que la vida surgió a partir de sustancias sencillas que con el paso del tiempo lograron convertirse en sustancias más complejas, hasta dar paso a los seres vivos. Esto último es lo que nos permite entender por qué la evolución juega un papel importante en el surgimiento y en el mantenimiento de la vida.

En esta segunda unidad conocerás el concepto de célula y su variedad, puesto que aunque todas las células tienen algunas características y funciones similares, no son idénticas, pudiendo clasificarse en dos tipos fundamentales: las procarióticas y eucarióticas. De cada una de ellas estudiarás su estructura y funciones, distinguiendo si poseen núcleo o no, si poseen organelos y de qué tipo, etc. Conocerás, asimismo, lo que postula la teoría de la endosimbiosis, que sostiene que las células eucariontes evolucionaron a partir de las procariontes.

Sentadas estas bases, estarás preparado para abordar en el segundo tema, con cierto detalle: la estructura y función celular. Conocerás, así, los diferentes organelos celulares, dónde se ubican, cuáles son sus funciones y cómo se complementan entre ellos. Esto te servirá de punto de partida para enfatizar la unidad y la diversidad de las células eucariontes.

Finalizaremos esta unidad estudiando el metabolismo celular que implica la adquisición, almacenamiento, transformación y transferencia de la energía, así como la degradación y síntesis de las sustancias necesarias para el sostenimiento de la célula.

Veremos, como punto importante, el funcionamiento e importancia del ATP (trifosfato de adenosina) en los diferentes procesos de energía que se llevan a cabo en las células, entre los cuales se cuentan los procesos fotosintéticos y su inverso, que es la respiración celular. Las ecuaciones que representan estos dos procesos son, respectivamente, las siguientes:

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6CO2

+ 6H2O

+

luz

C6H12O6 + 6O2

C6H12O6 (glucosa) + 6O2 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)

Otro tema de gran importancia que estudiaremos en esta unidad es la nutrición.

Algunos organismos producen sus propios nutrientes y se les denomina autótrofos. Asimismo, existen los organismos heterótrofos que deben alimentarse de otros organismos o de lo producido por los autótrofos.

Finalmente, se analizarán los fenómenos de la respiración aerobia, anaerobia y la fermentación para comprender su importancia en el mantenimiento de los seres vivos.

Te invitamos a poner todo tu entusiasmo en esta Unidad con mucho empeño y atención en las actividades de aprendizaje que realizarás por equipo e individualmente no olvides consultar a tu Asesor en las dudas que puedas tener para que tu aprendizaje sea satisfactorio.

Fuentes de consulta

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• Velásquez Ocampo, Marta. Biología 1. Bachillerato. México, ST Editorial, 2006.• Chamorro Zárate, Ma. de los Ángeles. Biología I Colección Bachiller.

México, Nueva Imagen, 2001.

• Sampieri y Pineda. Temas selectos de Biología 1. Col. Ciencia Educativa.

México, Nueva Imagen, 2002.

Enciclopedia Encarta En tu Centro de Servicios puedes revisar los siguientes artículos y sus ligas correspondientes. Te serán de mucha utilidad para comprender mejor los temas a estudiar.

• Anaerobio • Antibiótico • Aparato de Golgi • Bacteria • Célula • Enzimas • Fermentación

• Levadura • Lisosoma • Mitocondria • Mónera • Muerte celular • Protozoos

Videos Para reforzar los temas de esta unidad, en tu Centro de Servicios se encuentran los siguientes programas: Programa 5. ¿De qué estamos hechos los seres vivos?: Célula Programa 6. ¿Para qué nos sirven las membranas?: Funciones de la membrana celular Programa 7. ¿Cómo funcionan las células?: Procesos celulares

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¿Cómo aprendo?

2.1. LA CÉLULA Objetivo temático: Explicarás el concepto de célula estableciendo las diferencias estructurales, funcionales y evolutivas, de una célula procariótica y eucariótica, utilizando modelos naturales.

La Biología estudia la constitución y funcionamiento de los seres vivos y enfoca de manera muy especial su atención a las células.

La célula se define como la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células y, en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula.

Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propios de las células por lo que no se consideran seres vivos.

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Por otra parte, existen muchas maneras de clasificar a las células por su estructura o su función. Sin embargo, la clasificación más general las sitúa como procarióticas o eucarióticas. Este primer tema lo dedicaremos a las células procarióticas tratando de conocer sus características más relevantes y el papel que le asigna la teoría de la evolución en la constitución de los actuales seres vivos.

2.1.1. Célula Procariótica Son las células más primitivas, con una antigüedad de aproximadamente 3,800 millones de años, entre las que se cuentan en la actualidad las bacterias y arqueobacterias.

Su tamaño no es mayor a 5 micras de largo por 1 micra de ancho, y tiene como característica primordial que su ADN se encuentra libre en el citoplasma en una zona llamada nucleoide, por lo que decimos que carece de un núcleo definido. La mayoría contiene una pared celular relativamente rígida con cierta característica pegajosa que le permite adherirse con facilidad a otros seres vivos u objetos, a la vez que le proporciona protección de los sistemas de defensa de otros organismos. En el citoplasma de estas células se advierte la presencia de pequeños ribosomas con los que producen las proteínas que realizan sus procesos metabólicos.

A pesar de su engañosa simplicidad, éstos organismos han prevalecido a través del tiempo en una infinidad de ambientes terrestres, desde el Polo Norte hasta el Sur, en aire, agua y tierra; aún dentro de otros organismos.

Actividades:

Investiga en los medios que tengas a tu alcance y responde brevemente lo que se pide a continuación: 1. Identifica las partes de la célula procariótica representada en el dibujo.

Cápsula………………………………..( Citoplasma……………………………( Membrana externa………………....( Membrana plasmática …………….( Nucleoide…………………..............( Peptidoglicano…………………...... ( Ribosomas……………………..........(

) ) ) ) ) ) )

2. Los organismos procariontes se clasifican en dos grupos filogenéticos: Bacteria y Archaea. Investiga sobre las características de cada grupo y con la información elabora un mapa conceptual que contenga los siguientes términos: PROCARIONTES, BACTERIA, ARCHAEA, METANOGÉNICAS, TERMÓFILAS, HALÓFILAS. 3. Investiga acerca del reino Archaea, haciendo un breve resumen de la importancia de estos organismos.

4. Ahora investiga sobre las Bacterias. Si dispones de conexión a Internet te recomendamos visitar el sitio: http://edicion-micro.usal.es/web/educativo/micro2/tema03.html que contiene información sobre ellas. Posteriormente explica brevemente las diferencias existentes entre las bacterias gram + y las gram -.

5. ¿Cuál bacteria produce la enfermedad llamada tétanos?, ¿cuáles son los síntomas de esta enfermedad?, ¿cuál es el tratamiento preventivo?

6. ¿Qué significa la palabra “bifidus” que aparece en el yoghurt?

7. Elabora, a manera de resumen, un cuadro sinóptico que concentre las características de las células procariotas.

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2.1.2. Endosimbiosis La palabra “endosimbiosis” hace referencia a una teoría propuesta en 1967 por Lynn Margulis, bióloga de origen estadounidense. Por sus siglas en inglés, a esta teoría se le conoce como SET (Serial Endosymbiosis Theory) y describe el paso de las células procariotas a las células eucariotas.

Membrana de la Célula grande

Membrana de la Célula pequeña

Doble membrana

8. ¿Cuáles son los postulados principales de la SET? Tu tarea será investigarlos en los medios que tengas a tu alcance. Si cuentas con conexión a Internet te recomendamos visitar estas direcciones: • http://es.wikipedia.org/wiki/Teoria_endosimbiotica • http://www.me.gov.ar/curriform/servicios/unidad/aprender/laminas/ep/lamnat-4.pdf • http://www.biologia.edu.ar/cel_euca/celula4.htm

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9. En las siguientes líneas anota las ideas principales de esta teoría: ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2.1.3. Célula Eucariótica Ciertamente son las células más complejas, con una antigüedad de 1,700 millones de años aproximadamente. En sus orígenes formaron seres unicelulares hasta conformar los más complejos que conocemos hoy en día. Una característica importante es que su material genético, su ADN se encuentra rodeado por una membrana que forma el núcleo de la célula. Estas células son de mayor tamaño que las procarióticas, más o menos de 10 a 100 micras de diámetro y hasta 100 veces más grande que una bacteria. En su interior existen estructuras (organelos) ricamente evolucionados, que realizan diversas funciones en su metabolismo celular, como son las vacuolas, ribosomas, cloroplastos, lisosomas, complejo de Golgi, entre otros. Presentan una membrana plasmática que delimita el interior de la célula con el medio que la rodea, permitiendo un paso selectivo de sustancia hacia dentro como fuera de la misma.

Como estudiaste en el punto anterior, la endosimbiosis propone que, mediante un complejo proceso, las células procariotas dieron origen a las células eucarióticas, que se distinguen en varios sentidos de aquellas.

Actividades: 1. En el dibujo siguiente se muestra una célula eucariota animal. Revísalo atentamente y en los medios a tu alcance investiga lo necesario para completar el cuadro que se encuentra a continuación: Membrana nuclear Lisosomas Centriólos Nucleólo Mitocondrias Cromatina Vacuolas Poro MEMBRANA

Núcleo

Retículo E. Rugoso

A. de Golgi

Fibras intermedias

Microfilamentos Microtúbulos

R.E. Liso Ribosomas

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Organelo Núcleo Retículo endoplásmico rugoso Aparato de Golgi Ribosomas Retículo endoplásmico liso Mitocondrias Vacuolas Lisosomas

Ubicación

Función

2.2. ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR Objetivo temático: Describirás la estructura y función de los diferentes organelos celulares, a través de una revisión documental, enfatizando la unidad y la diversidad celular en eucariontes.

2.2.1. Sistema de Membrana Dentro del sistema de membranas podemos enunciar las siguientes:

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MEMBRANA CELULAR: Suele llamarse también plasmática, y es la única estructura que está en contacto con dos medio diferentes, el interior de la célula, donde se encuentran las estructuras y materiales que interactúan como un todo en la compleja función celular, y el exterior, donde se encuentran las sustancias que representan la materia y energía que da vida a la célula. Su estructura química contiene tres componentes importantes como son: los fosfolípidos, que forman una bicapa con una cabeza hidrófila y dos colas hidrófobas que representan en conjunto la fuerza y rigidez de la membrana; las proteínas, que se encuentran insertas en la membrana acomodadas de diversa forma, tanto hacia el exterior como el interior de la misma y su función es la de transportar moléculas al citoplasma de la célula; Por último, los carbohidratos, que se encuentran en el exterior de la membrana formando complejos con las proteínas (glucoproteínas) y los lípidos (glucolípidos) confiriéndole ciertas propiedades de identidad a la célula.

El transporte de sustancias a través de la membrana puede ser de manera pasiva, es decir, donde hay mayor concentración de alguna sustancia se transporta a algún sitio donde existe menor concentración de esta sustancia; pero también se puede hacer de manera activa, es decir, que aunque exista una alta concentración de alguna sustancia en el interior de la célula ingresa aún mas del medio extracelular.

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO: Es un sistema de canales membranosos interconectados entre sí donde circulan moléculas que se han sintetizado como los fosfolípidos, colesterol y hormonas, eliminando sustancias tóxicas. Se encuentra en asociación con los ribosomas almacenando y transportando proteínas.

A la asociación del retículo con los ribosomas se le conoce como retículo endoplásmico rugoso y si carece de éstos, se le denomina retículo endoplásmico liso.

APARATO O COMPLEJO DE GOLGI: Son sacos membranosos aplastados que se comunican con el núcleo de la célula al igual que con el retículo endoplásmico. Su función radica en envolver las proteínas y los lípidos que serán utilizados en alguna otra parte de la célula generándoles una pequeña modificación química al mismo tiempo de clasificar las biomoléculas.

VACUOLAS: Se presentan preferentemente en las células vegetales y tienen un tamaño de hasta un 90% del volumen celular. En las células vegetales llegan a almacenar agua, aceites, pigmentos y ciertas moléculas tóxicas, mientras que en las células vegetales pueden actuar como vacuolas contráctiles bombeando el exceso de agua hacia el exterior.

VESICULAS: Son sacos membranosos pequeños que forman parte de la membrana atrapando partículas y moléculas que le permiten a la célula alimentarse (endocitosis) o eliminar su contenido al medio exterior (exocitosis).

91 2.2.2. Material Genético NÚCLEO: Es el centro que dirige las funciones celulares ocupando un 10% del volumen celular, de hecho, es la estructura más visible de las células eucarióticas. El núcleo está formado de una envoltura membranosa doble que guarda en su interior el material cromosómico, la cromatina y el nucleolo. La cromatina representa el total de ADN y sus proteínas asociadas, mientras que en el nucleótido se construyen las subunidades de los ribosomas quienes se encargan de sintetizar las proteínas. Asi mismo contiene gran cantidad de ARN y proteínas. La función del núcleo es transmitir, a través del ADN, la información hereditaria de un ser vivo para ser transmitida de generación en generación.

2.2.3. Matriz Citoplasmática y Componentes Celulares El citoplasma de las células presenta una fase acuosa donde se encuentran los organelos y el citoesqueleto. Es en mayor proporción agua, en aproximadamente un 85% conteniendo una gran cantidad de sustancias químicas que mantienen el funcionamiento de la célula en un estado coloidal, lo que favorece la distribución de los materiales en toda la estructura celular.

• Citoesqueleto: Es una red de fibras muy delgada que es casi invisible, siendo éstas de naturaleza proteica en forma de filamentos entre los que destacan los microtúbulos. Dentro de sus funciones se encuentra la de posibilitar las contracciones musculares en células animales, al igual que transportar y organizar los organelos celulares.

92

• Ribosomas: Estructura muy pequeñas dispersas en el citoplasma y el retículo endoplásmico formados de proteínas y ARN. Son los responsables de la síntesis de proteínas en coordinación con el ADN nuclear. El ARN es el que se encarga de copiar la información del ADN, transferir esta información al sitio específico del ribosoma y armar la proteína de acuerdo con la instrucción original del ADN. • Lisosomas: Son bolsitas provenientes del aparato de Golgi cuya función en la célula es netamente digestiva incorporando sustancias al exterior de la célula. Otro papel importante en la célula es el de intervenir en el proceso de autodestrucción de las células, rompiendo el saco membranoso que los forma y liberando las enzimas que se encargan de destruir la célula.

• Mitocondrias: Son conocidas como la fuente de energía de la célula que se encarga de generarla para que éstas lleven a cabo todas sus actividades metabólicas.

Están formadas de una doble membrana con una gran cantidad de pliegues internos llamados crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas que intervienen en el proceso de respiración, liberando la energía contenida en las biomoléculas en forma de ATP. Contienen en su interior ADN por lo que se reproducen de manera independiente, asegurando el suministro de esta energía además de fortalecer la teoría endosimbiótica que propone el origen de este organelo a partir de bacterias ancestrales.

• Cloroplastos: Están presentes en las células vegetales y son los encargados de llevar a cabo la fotosíntesis, siendo capaces de atrapar la energía luminosa y producir azúcares a partir de dióxido de carbono y agua. Su color es generalmente verde gracias a la presencia de un pigmento llamado clorofila que se encuentra en el interior del organelo. Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos contienen su propio ADN multiplicándose de manera independiente al resto de la célula.

Actividades: 1. Coloca en la figura la letra que corresponda:

93

A. Glicoproteína B. Bicapa de fosfolípidos C. Glicolípidos D. Región hidrofílica

E. Región hidrofóbica F. Cadenas de carbohidratos G. Moléculas de colesterol H. Canal iónico de la membrana

2. Escribe las características de los mecanismos que se dan en el movimiento de las membranas.

Transporte celular

Tipo

Características

Difusión Transporte pasivo Ósmosis

Difusión de solventes a través de los poros de una membrana permeable. No hay gasto de energía.

Diálisis Transporte activo

Bomba de sodio y potasio

Endocitosis (entrada de productos)

Pinocitosis

Fagocitosis

Exocitosis (salida de productos)

94

Eliminación de residuos

Secreción

3. Actividad experimental.

Todos los materiales que entran a la célula o salen de ella lo hacen a través de la membrana celular. Por decir, cuando una célula vegetal se expone a una solución hipotónica, tenderá a absorber agua hasta llenarse por completo e hincharse, fenómeno conocido como turgencia.

OBJETIVO: El alumno observará el comportamiento en las plantas de fríjol por medio del fenómeno de turgencia.

MATERIAL: • Fríjol (3 plantas a germinar) • Vaso de precipitados • Agujas de disección • Microscopio compuesto

• Agua salada • Agua azucarada • Portaobjetos y cubreobjetos • Lápiz

PROCEDIMIENTO: A. Pon a germinar semillas de fríjol unos días antes de efectuarse la práctica.

B. Coloca una planta en un vaso con agua, otra en un recipiente que contenga agua salada y otra en uno que contenga agua azucarada, por separado.

C. Anota los cambios observados:

D. Dibuja lo que observaste utilizando diferentes aumentos.

E. Para finalizar la práctica, responde el cuestionario, te servirá para fijar tu atención en los aspectos más importantes derivados de ella:

• ¿Qué significa el término turgencia?

• ¿Qué cambios presentan las plantas de fríjol al ser colocadas en agua salada y azucarada?

• ¿Qué significa el término plasmólisis?

Actividad: 4. Complementa el cuadro comparativo de estructuras y organelos celulares, marcando con una √ si está presente o con una X si está ausente.

95

Tipo celular

Características

√

Procariota

Bacterias

Pequeños

Una sola molécula circular

Membrana celular Pared celular Membrana nuclear ADN Ribosomas Retículo endoplasmático Aparato de Golgi Lisosomas Vacuolas Cloroplastos Mitocondrias

Arqueobacterias

x

96

Protista

En algunos

Hongos Eucariota

√ de quitina

x

Plantas

√

Animales

5. Actividad experimental.

La célula se considera como la unidad estructural y funcional de los organismos vivos. Las bacterias y algunos protozoarios son unicelulares, que significa formados por una célula y los demás seres vivos son pluricelulares, que son los constituidos por más de una célula.

Estas unidades están constituidas por la membrana, citoplasma y el núcleo; cada una de estas partes tiene una participación específica dentro de la célula que permite el desempeño de nuestras funciones a nivel respiratorio, digestivo, circulatorio, etc. Debido a esta función tiene una vital importancia para los seres vivos.

OBJETIVO: El alumno observará células a nivel vegetal y sanguíneo para distinguir la diferencia que existe entre ellos.

MATERIAL: • Cebolla • Solución de yodo • Bisturí • Portaobjetos, cubreobjetos y gotero • Microscopio

• Sangre • Algodón • Alcohol • Lanceta • Colorante Wright

PROCEDIMIENTO: A. Con el bisturí corta un pedazo del tejido transparente entre las dos capas de la cebolla, mientras más delgado sea el corte, te ayudara a observar mejor las células.

B. Coloca el tejido extendido sobre el portaobjetos, poniéndole una gota de agua y luego una de yodo.

C. Una vez que se tiña el tejido, coloca el cubreobjetos sobre la muestra y obsérvala al microscopio.

D. Dibuja e identifica las estructuras celulares Células sanguíneas: a) Desinfecta la punta del dedo anular o índice con un algodón humedecido en alcohol , deja secar el alcohol y con la lanceta, haz una punción en la yema del dedo. b) Coloca una pequeña gota en una lámina portaobjetos limpio y seco. c) Coloca otra lámina en ángulo agudo sobre la primera, acércala a la sangre y desliza suavemente en forma continua hasta formar una capa o frotis delgado. d) Deja secar la preparación al medio ambiente. e) Una vez seca la lámina, aplica sobre el frotis el colorante de Wright y déja actuar durante cuatro minutos.

Con este procedimiento el colorante fijará la preparación. f) Lava el exceso de colorante con agua de la llave y deja secar la lámina verticalmente. g) Observa al microscopio con el objetivo de pequeño y mediano aumento, e identifica los glóbulos rojos, leucocitos y plaquetas. h) Posteriormente, observa la preparación con el objetivo de 100X y detalla la forma de los eritrocitos, plaquetas y neutrófilos. Anota tus observaciones.

97

6. Subraya el inciso que corresponda a la respuesta: 1. La palabra célula fue utilizada por primera vez por: a) Robert Hooke b) Marcello Malpighi c) Theodor Schwann d) Mathias Jakob 2. Todos los seres vivos están constituidos por: a) Pared celular, membrana celular, citoplasma, núcleo b) Membrana celular, citoplasma, núcleo c) Citoplasma, núcleo, nucléolo d) Pared celular, citoplasma, nucléolo 3. Una de las características de la célula procarionte: a) Poseen un núcleo b) No tiene glucocálix c) No poseen un núcleo d) Es compleja

98

4. Las células eucariontes se caracterizan porque: a) Son bacterias b) No tiene mitocondrias c) Son simples d) Poseen organelos 5. El citoplasma está formado por: a) Hialoplasma, citoesqueleto, organelos b) Ribosomas, núcleo, hialoplasma c) Lisosoma, nucleoide, ribosoma d) Mitocondria, citosol, organelos 6. El citoesqueleto de las células eucariontes está compuesto por: a) Microfilamentos, microtúbulos, filamentos intermedios b) Hialoplasma, túbulos, microfilamentos c) Filamentos intermedios, núcleo, citoplasma d) Microtúbulos, citoplasma, hialoplasma 7. La mitocondria se encuentra en el: a) Lisosoma b) Cloroplasto c) Retículo endoplasmático d) Citoplasma

2.3. METABOLISMO CELULAR Objetivo temático: Describirás los diferentes procesos de obtención de energía y los tipos de nutrición celular, identificando los diferentes procesos que tienen lugar en la célula, a partir de modelos y observación directa en fuentes documentales.

El funcionamiento de las células y, en última instancia, de los organismos depende de la capacidad de adquirir, almacenar, transformar y utilizar la energía. En este sentido, entender qué es y cómo funciona el metabolismo celular será el punto de partida para comprender los maravillosos mecanismos que se dan en ella para soste ner la vida.

2.3.1. ¿Qué es la Energía?

Actividades: 1. Investiga en los medios a tu alcance y responde el siguiente cuestionario a) ¿Qué es la energía?

99 b) ¿Qué es la energía potencial y qué es la energía cinética?

c) ¿Qué es una cadena alimenticia? Anota un ejemplo.

d) ¿Qué se entiende por bioenergética?

e) ¿A qué se refiere el término entropía y cómo se aplica a la célula?

2.3.2. Energía y Seres Vivos La energía fluye a través de la cadena alimenticia sólo en una dirección: va siempre desde el sol, a través de los productores a los descomponedores. La energía entra en el ecosistema en forma de energía luminosa y sale en forma de energía calorífica que ya no puede reutilizarse para mantener otro ecosistema en funcionamiento. El ecosistema se mantiene en funcionamiento gracias al flujo de energía que va pasando de un nivel al siguiente. La fuente principal de energía es el sol.

2. Elige el término adecuado para completar el párrafo. calor energía energía química funciones vitales fotosíntesis luz solar materia orgánica respiración La ________ entra en las cadenas tróficas en forma de ___________ y se transforma en __________________ gracias a la ________________, sin embargo, el _________ es liberado mayoritariamente por la _______________, proceso en el que los seres vivos obtienen la energía necesaria para realizar sus ___________________________.

La energía química que no se pierde en forma de calor, se almacena en la _________ ____________ de sus estructuras.

100

3. Completa los enunciados y encuentra los términos en la sopa de letras que a continuación se te presenta: a) La capacidad de realizar trabajo útil se llama __________. b) La _____________ se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de la corriente de ríos. c) La _____________ es un tipo de energía que genera calor. d) La luz que emite la luciérnaga es un ejemplo de energía ____________. e) El impulso nervioso es un ejemplo de energía ______________. f) La energía que se obtiene a partir de los combustibles como el petróleo, gas natural y carbón mineral, se denomina ________________. g) La ___________es un tipo de energía donde interviene las fuerzas y el movimiento.

E T HP AC I R T C E L E OA I L C B T H U L E C T LDD I AOX C V K R I V PO RD P C AD S A R I B E R A S ON I MU L ZWE R E UOW I P U L Q X O P T U L T Z P ON A Y C S G A Q I E Y A GM E C A N I ZA CR I E R Y T Y NQ F YZ A E T UA B H J K E N

C ÑO X C I QT R A AUS I L O I L TO TM I QR A I S F I HC I P F C A CO I J Z ANC E RG I A

A I W VO L A B P E Y H T X K SWZ OV R Y U E E TW T L O

2.3.3. Reacciones Exotérmicas y Endotérmicas En todas las reacciones químicas ocurren cambios de energía, se puede absorber o liberar energía en forma de calor, luz, energía eléctrica, etcétera. En el lenguaje de las reacciones químicas es mediante el símbolo ∆H (cambio de entalpía), que precedido de un signo negativo (-∆H) indica que la energía es liberada; otra forma de expresar lo mismo es ∆H < O, esto es, que ∆H es menor que cero. Si en la reacción se absorbe energía, se antepone un signo + (+∆H) o bien en su forma equivalente ∆H > O (∆H es mayor que cero). La entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno.

La energía liberada o absorbida se denomina calor de reacción o entalpía (H) por consiguiente: • En una reacción exotérmica la entalpía es negativa.

• En una reacción endotérmica la entalpía es positiva.

4. Escribe en la línea si el cambio de entalpía es menor o mayor que cero de acuerdo con el tipo de reacción, además indica si es endotérmica o exotérmica.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O 3O2 + energía → 2O3

_______________________________ _______________________________

NaOH + HCl → NaCl + H2O

_______________________________

CaCO3 + ∆ → CaO + CO2

_______________________________

101

5. Anota en el paréntesis Ex si el proceso es exotérmico, o En si es endotérmico: a) Hielo derritiéndose.

(

)

b) Pólvora quemándose.

(

)

c) Cocción de un huevo.

(

)

d) Contracción muscular.

(

)

e) Disolución de sal en agua.

(

)

f) Respiración celular.

(

)

g) Síntesis de proteínas.

(

)

h) Combustión de la gasolina.

(

)

i) La digestión.

(

)

j) Cocción de un pastel.

(

)

102 2.3.4. El ATP y la Energía en las Células El trifosfato de adenosina, mejor conocido como ATP, es una molécula que se encuentra en todos los seres vivos y constituye la fuente principal de energía utilizable por las células para realizar sus actividades. Su estructura puede observarse en la siguiente figura:

C N Adenina

C-H H-C N

O O O O-P-O-P-O-P O O O

N

C

O - CH2 HH CH

C

N

O H

H

CH

Ribosa

6.Completa el párrafo a partir de lo observado en la figura del ATP: El ATP (Adenosin trifosfato o trifosfato de adenosina) está formado por _________, ____________ y __________________, conteniendo enlaces de alta energía; al romperse dichos enlaces se__________la energía almacenada.

En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP (adenosín difosfato), rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre (Pi o P) que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce como fosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP (adenosín monofosfato) + 2 grupos fosfato.

El sistema ATP ↔ ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

HIDRÓLISIS DEL ATP

P

P

H 2O

P

P

ATP

103

P

+ energía ADP

7. Complementa lo siguiente: a) El _______ se puede sintetizar a partir de ADP + Pi b) La energía es liberada cuando se hidroliza enzimáticamente el ATP, convirtiéndose en ADP y Pi se utiliza para mover reacciones ____________ (que requieren energía).

La energía liberada es aproximadamente 7.3 Kcal /Mol c) A la síntesis de ATP producida en los cloroplastos se conoce como _____________ 8. Coloca abajo del dibujo el nombre de cada actividad que requiere ATP de acuerdo con el tipo de trabajo (mecánico, eléctrico, de síntesis, de transporte, producción de calor o bioluminiscencia) que se lleva a cabo:

P

2.3.5. Control de las Células en sus Reacciones Metabólicas

104

Los procesos metabólicos son la suma de muchas reacciones químicas que se dan en el interior de la célula; como ya sabes, algunas construyen moléculas y otras las destruyen, con la finalidad de mantener al organismo en condiciones energéticas estables que lo mantiene con vida.

Enzimas Son moléculas que aceleran reacciones químicas celulares sin intervenir en el producto final. Su presencia en los seres vivos es de vital importancia puesto que la célula no tiene que elevar su temperatura para que se lleve alguna reacción a nivel metabólico. Si quisiéramos imitar una reacción celular en el laboratorio tendríamos que emplear temperaturas alrededor de los 100º C. ¿No te parece extraordinario que una molécula como la enzima realice algo tan maravilloso como esto? Seguramente que sí.

Anabolismo El anabolismo representa la construcción de moléculas a partir de sus respectivas unidades estructurales, y para ello se requiere de una aportación de energía que casi siempre es ATP. La síntesis de nuevas sustancias engloba una serie de reacción que se realizan en las células de cada organismo.

Catabolismo Por otro lado, el catabolismo es el proceso inverso al anabolismo. Aquí, las biomoléculas son degradadas hasta sus respectivas unidades estructurales en las que se libera

energía. Ambos procesos se retroalimentan uno de otro en un ciclo interminable de construcción y destrucción, que mantiene a los organismos en complejo equilibrio de reacciones químicas y enzimas.

9. De las opciones, elige aquella que complemente adecuadamente cada aseveración a) Las dos etapas que comprende el metabolismo son: anafase y telofase

+anabolismo y catabolismo

activa e inactiva

b) El catabolismo se caracteriza por ser un proceso de: • síntesis • construcción

• clorofila • fotosíntesis

+• liberación de energía • requerimiento de energía

c) Es un ejemplo de catabolismo: • síntesis de lípidos • unión de glicerina

• síntesis de proteínas • unión de aminoácidos +• degradación de proteínas • producción de ác. nucleicos

d) Ejemplo de un proceso catabólico que efectúa la célula viva es: +• El desdoblamiento de los carbohidratos hasta obtener agua y bióxido de carbono • La síntesis de las proteínas a partir de los aminoácidos • El rompimiento de una molécula de glucosa, en dos triosas e) El anabolismo se caracteriza por: • degradar lípidos • liberar energía

• obtención de agua • no requerir luz

• degradar glucosa +• requerir de energía

f) Es un ejemplo de anabolismo: • degradación de glucosa • obtención de energía • liberación de monosacáridos +• fotosíntesis

• degradación de grasas • unión de carbohidratos

g) El AMP puede convertirse en ácido úrico, que es luego expulsado del organismo, este tipo de proceso es: +• Catabólico • Anabólico

• Fotosintético • Anaeróbico

• Anfibólico • Evolutivo

105

10. Investiga en los medios que tengas a tu alcance y luego analiza el esquema del metabolismo energético:

Metabolismo energético

11. Complementa con la palabra adecuada: a) La ________ es el camino metabólico por medio del cual se oxidan los azúcares produciendo piruvato y equivalentes reducidos NADH

106

b) La transformación del ________, proveniente de la descarboxilación del piruvato o de la beta-oxidación de los ácidos grasos, en anhídrido carbónico y equivalentes reducidos se le denomina ciclo de Krebs. c) La transferencia de electrones de los equivalentes reducidos hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP, se le llama cadena de transporte de electrones o ________________. Este último proceso está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones. d) El________al hidrolizarse en P y ADP cede alrededor de 12,000 calorías/mol en condiciones fisiológicas, energía que es usada por los procesos metabólicos que no son termodinámicamente favorables. e) El ATP es el producto útil de los procesos de ________ y considerado como la moneda energética de las células.

12. Resuelve el cuestionario: a) ¿Qué es una enzima?

b) Dibuja el modelo enzima-sustrato.

c) Explica brevemente la importancia de las enzimas y cómo afecta en ellas la temperatura.

d) ¿Qué entiendes por coenzima?

e) Menciona un ejemplo que conozcas de coenzimas.

13. Investiga sobre las enzimas en los medios a tu alcance y completa el cuadro:

ENZIMA

ACTÚA SOBRE

PROPORCIONA Glucosa

Amilasa Ptialina

Boca (G. salivales) Péptidos y aminoácidos

Pepsina Lipasa Lactasa

Ureasa

ÓRGANO PRODUCTOR

Grasas

Páncreas e Intestino Intestino (su producción disminuye con el crecimiento)

107

2.3.6. Nutrición Celular En el transcurso de la evolución los organismos han desarrollado diferentes mecanismos para obtener sus alimentos y energía del medio ambiente, los cuales resultan indispensables para sobrevivir. Veamos las diferentes formas en que se obtiene alimento y la manera de procesarlo para extraer su energía.

Nutrición Autótrofa Los organismos autótrofos son aquellos que producen sus propios alimentos a partir de sustancias inorgánicas como el agua, dióxido de carbono sales minerales y algunas fuentes de energía. Estas fuentes de energía suelen ser el sol y algunas sustancias donadoras de electrones.

Quimiosíntesis. Este tipo de nutrición la realizan organismos que no requieren de la luz solar, sino que obtienen su energía a partir de la oxidación de algunas moléculas orgánicas. Esta nutrición es característica de las bacterias como las nitrificantes o del azufre.

108

Fotosíntesis. La fotosíntesis es quizá el proceso más importante en el planeta junto con la respiración. Todas las plantas y algunas bacterias y algas unicelulares la llevan a cabo, captando la energía solar y a partir de CO2 del aire y H2O del sustrato elaborando sus propios alimentos, que son azúcares y O2 resulta evidente que el resto de los organismos dependemos absolutamente de los vegetales, ya que ellos pueden sobrevivir mejor sin nosotros que nosotros sin ellos. Nunca olvides que el proceso fotosintético,Por ende los bosques y selvas, son los que mantienen la vida en la Tierra.

Nutrición Heterótrofa Los organismos heterótrofos son aquellos que no pueden elaborar sus propios alimentos, por lo que requieren de los organismos autótrofos para sobrevivir. La forma de obtener sus alimentos puede ser muy variada como las que se presentan a continuación.

Holozoica. Esta nutrición es característica de los animales, incluyendo al hombre, donde toman el alimento en forma sólida ingiriéndolo como primera etapa. Posteriormente pasa a una etapa de digestión donde desdobla los alimentos degradándolos enzimáticamente, para de ahí asimilarlos y llevarlos a todas las células del organismo. Esta etapa es la más importante de esta nutrición. Por último, el alimento que no es asimilado pasa a una etapa de excreción, que es expulsar al medio lo que no requiere el organismo.

Saprofita. Es propia de los hongos y algunas bacterias, donde lo que hacen es degradar el alimento fuera del organismo, para posteriormente ser absorbido y asimilado.

Su importancia es grande ya que se encargan de reciclar la materia orgánica de plantas y animales muertos.

Parásita. Se presenta en organismos que viven a expensas de otro, por lo que se coloca donde el alimento ya es degradado y simplemente lo incorpora para su asimilación.

Algunos parásitos viven dentro de los organismos (endoparásitos) como la tenia y la solitaria, pero otros viven fuera (ectoparásitos) como son las pulgas y los piojos.

14. Completa el siguiente esquema, indicando los dos mecanismos de nutrición y en los últimos cuadros menciona los ejemplos de cada uno de los organismos que tú conozcas que intervienen en los diferentes procesos de obtención de sus alimentos.

109

15. Relaciona ambas columnas I. Quimiosíntesis

II. Holozoica

110

a) Las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, son organismos que capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. b) Nutrición a expensas de otro.

III. Fotosíntesis

c) Hongos y bacterias, se alimentan de material en descomposición.

IV. Saprofita

d) Nutrición donde la materia orgánica ingerida se encuentra en estado sólido.

V. Parásito

e) Síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende de determinadas sustancias inorgánicas en las reacciones de oxidación.

Todos sabemos la importancia que representa el papel de la fotosíntesis en el medio ambiente y la relación que existe en los seres vivos. Es por eso que con frecuencia escuchamos cuida el medio ambiente, ya que la vida en la tierra depende de la energía solar, la cual es atrapada mediante el proceso fotosintético, que es responsable de la producción de toda la materia orgánica. La vida necesita un aporte continuo de energía que llega a la tierra desde el Sol y pasa de unos organismos a otros a través de la cadena trófica.

16. Contesta el siguiente cuestionario: a) ¿Qué diferencia existe entre nutrición y alimentación? b) ¿Todas las sustancias que ingiere un organismo holozoico son digeridas? Razona la respuesta. c) Menciona cuatro organismos capaces de aprovechar la energía lumínica y transformarla en energía química. d) Explica brevemente las dos fases de la fotosíntesis: fase lumínica y oscura. e) ¿Para qué utilizan las plantas las sales minerales en la fotosíntesis? f) Sabemos que la fase luminosa de la fotosíntesis depende de una serie de pigmentos que captan la luz. Haz un mapa conceptual acerca de los pigmentos, teniendo en cuenta a la clorofila, xantofilas y carotenoides. g) ¿Cuál es la importancia de los tilacoides y el estroma en la fotosíntesis? h) ¿Qué importancia tiene el ciclo de Calvin? i) ¿Qué significa P700 y P680? j) Explica brevemente la importancia biológica de la fotosíntesis.

Te sugerimos la consulta de los siguientes sitios Web para obtener más información sobre el tema de la fotosíntesis: • http://ecociencia.fateback.com/articulos/fotosintesis.htm • http://html.rincondelvago.com/celula-como-unidad-de-vida.html • http://www.biologia.edu.ar/plantas/fotosint.htm • http://www.alaquairum.net/fotosintesis.htm • http://bio-cl.iespana.es/bio-cl/foto4.htm

111

17. Actividad experimental.

PIGMENTO DE LAS PLANTAS La fotosíntesis es un proceso mediante el cual las plantas verdes sintetizan glucosa a partir de CO2, H2O, sales minerales y energía luminosa. La fotosíntesis se realiza en los cloroplastos, donde se encuentra la clorofila que absorbe la luz y la transforma en energía química, con la cual se separan los componentes del agua: hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno lo emplea la planta para producir glucosa y el oxígeno se incorpora a la atmósfera. enzimas CO2 + H2O + energía de luz

C6H12O6

+ 6O2

clorofila OBJETIVO: El alumno conocerá los pigmentos fotosintéticos mediante la técnica de cromatografía sobre papel.

MATERIAL:

112

• 6 hojas verdes • 1 frasco de gerber • 20 ml de acetona • Tijeras • Lápiz • Papel filtro • Molcajete o mortero con pistilo PROCEDIMIENTO: A. Recolecta algunas hojas, tritúralas en el molcajete y añade la acetona.

B. Macera hasta convertirlas en una pasta líquida y coloca la mezcla en el frasco.

C. Enrolla el papel filtro alrededor del lápiz e introdúcelos 1 cm dentro de la pasta líquida, déjalo durante 10 minutos. ¿Qué observas?

D. Saca el papel y déjalo secar.

CUESTIONARIO:

• ¿Qué es la fotosíntesis?

• ¿Qué sucedió con el papel? ¿De qué color son los pigmentos?

• Nombra las fases de la fotosíntesis.

• ¿Qué es la cromatografía?

• Haz un dibujo del papel de filtro con los distintos pigmentos de las hojas. http://redexperimental.gob.mx/doctos/exp_biologia.pdf

2.3.7. Respiración Aerobia Es la que se realiza en presencia de oxígeno y la desarrollan tanto plantas como animales. La etapa más importante de la respiración es la obtención de energía que se extrae de los alimentos, produciendo además dióxido de carbono y agua.

6CO2 + 6H2O + ATP C6H12O6+ 6O2 glucosa oxígeno dióxido agua energía de carbono El proceso de la respiración se inicia en el citoplasma donde una molécula de glucosa es degradada en dos moléculas de ácido pirúvico, proceso que se conoce como glucólisis. Posteriormente, el ácido pirúvico ingresa a la matriz de la mitocondria y se incorpora a un ciclo llamado de Krebs o ciclo del ácido cítrico, donde se obtiene dióxido de carbono e hidrógeno. Finalmente, los hidrógenos son movidos por sustancias transportadoras en las crestas mitocondriales, para que al final se forme agua y ATP. Este proceso se llama en su conjunto fosforilación oxidativa.

Anaerobia

113 Esta respiración se desarrolla en ausencia de oxígeno y es característica de las bacterias. Su objetivo es el mismo que en la aeróbica, la obtención de energía, como es el ATP además de algunos otros productos dependiendo del tipo de organismo. Por ejemplo, la obtención de ácido láctico que se acumula en los tejidos de los organismos superiores, como el hombre. Esto sucede cuando realizamos un esfuerzo físico mayor y no se cuenta con el oxígeno suficiente para la respiración. Otro ejemplo es la obtención de etanol y CO2 que se realiza en la fermentación por algunos microorganismos.

piruvico

Ciclo

Respiración celular.

18. De las opciones que se proporcionan, elige el término que complemente correctamente cada una de las aseveraciones: A. La respiración celular se considera un proceso___________ porque ciertas sustancias se oxidan y liberan energía química. a) endergónico

b) exergónico

c) isotérmico

d) reflexivo

B. La ___________ es el “generador de energía celular” por el ATP, considerada como el sitio donde se realizan las reacciones de fosforilación oxidativa (respiración aerobia). a) matriz citoplásmica b) vacuola c) cromatina d) mitocondria C. La respiración anaerobia o fermentación se caracteriza por degradar glucosa en triosas y otros compuestos orgánicos y a nivel celular, esto ocurre en el ___________. a) ribosoma

b) núcleo

c) citoplasma

d) lisosoma

D. La respiración anaeróbica llamada también ___________ se presenta en ausencia de oxígeno. a) enzimático

114

b) krebs

c) bacterial

d) glucólisis

E. En las levaduras, la fermentación alcohólica produce ___________ y ___________. a) etanol y CO2

b) lactato y CO2

c) CO2 y O2

d) P y CO2

F. Las células embrionarias y neoplásicas son importantes porque realizan su ciclo exergónico basados en la ___________. a) vacuola

b) respiración aerobia

c) glucólisis anaerobia

d) fotosíntesis

G. El producto de la glucólisis es el ácido pirúvico que puede seguir dos rutas. En condiciones anaeróbicas el producto final es __________ y en las aeróbicas __________ . a) ac. láctico / O2

b) C / O2

c) butanol / acetona

d) ac.láctico / se incorpora al ciclo de krebs

19. Actividad experimental.

LEVADURAS La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Sabemos que la fermentación es la respiración que se realiza en ausencia de oxígeno, formando compuestos orgánicos como los azúcares (glucosa). En esta vía metabólica donde la glucosa se rompe en dos moléculas de ácido pirúvico hay una ganancia de dos moléculas de ATP. Ahora bien, las variantes de la fermentación dependen del ácido pirúvico. Por ejemplo las células de levadura y algunas bacterias, el ácido pirúvico lo convierten en alcohol y CO2 conocido como fermentación alcohólica, mientras que la fermentación láctica puede darse en células del cuerpo humano y otro seres vivientes que degradan la glucosa mediante la respiración aeróbica.

C6 H12 O6 glucosa

C6 H12O6 glucosa

2C2H5OH + alcohol etílico

2CO2 + 2 ATP dióxido energía de carbono

2CH3CHOHCOOH ácido láctico

+ 2ATP energía

OBJETIVO: El alumno observará las células de levadura y notará los efectos de la fermentación alcohólica.

MATERIAL: • Piña • Recipiente • Portaobjeto, cubreobjetos PROCEDIMIENTO: 1. Lava la piña perfectamente, quita el tallo y rebana la cáscara para luego cortarla en trozos medianos 2. Colócalos en un recipiente y agrega 2 litros de agua.

3. Tapa y deja reposar en un sitio durante 24 horas, toma unas gotas del líquido reposado y coloca una o dos gotas del líquido en el portaobjetos, luego coloca el cubreobjetos eliminando un poco del agua.

5. Observa al microscopio e identifica las levaduras por su forma. Anota tus observaciones.

6. Deja por 48 o 72 horas y observa de nuevo.

Nota: Si se deja fermentar por más tiempo, se convierte en una bebida alcohólica y después en vinagre.

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¿Qué he aprendido?

Lee atentamente el texto y posteriormente lleva a cabo lo que se tesolicitan: Descubierta una colonia de microbios que viven sin carbono.

(Los microorganismos sobreviven usando hidrógeno como fuente de energía) TWP | Washington. Una colonia de los microorganismos más primitivos, que viven a 200 metros de profundidad en aguas termales, es el primer ejemplo encontrado en la Tierra de lo que podría ser la vida bajo la superficie de otros planetas, en ambientes totalmente inhóspitos, donde no llega la luz solar ni existe carbono orgánico.

Los microorganismos encontrados en el sureste del Estado de Idaho (EE UU) son en un 99 % archaea, similares pero menos eficientes que las bacterias. Sobreviven al combinar hidrógeno de origen geológico con dióxido de carbono en un ambiente caliente y emitir metano.

‘Durante los últimos 30 años, la ciencia decía que si se podía encontrar dióxido de carbono e hidrógeno juntos, se tenían los componentes de un ecosistema viable’, ha dicho el geoquímico Francis Chapelle. ‘Era una teoría bonita, pero nadie había encontrado un ecosistema de ese tipo hasta ahora’. Chapelle y seis de sus colegas lo encontraron, en el agua de una fuente termal cercana a la cadena montañosa de Beaverhead.

Publican su descubrimiento hoy en la revista Nature.

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‘No sé si es sorprendente’, ha comentado el geoquímico Everett Shock. ‘Esperaba que existiera pero está bien que alguien lo haya documentado’. Durante años, los científicos se han fijado sólo en la necesidad de fotosíntesis para la vida, pero el descubrimiento de colonias microbiales en ambientes extremos les han hecho cambiar paulatinamente de opinión.

Chapelle explica que todos los organismos tienen que comer y respirar. Los seres humanos y la mayor parte de las plantas y animales utilizan carbono orgánico (moléculas formadas por átomos de carbono y de hidrógeno) como fuente de energía y respiran oxígeno, derivado de la fotosíntesis. Los metanógenos sacan energía del hidrógeno y respiran dióxido de carbono.

I. Contesta las preguntas: 1. ¿A qué reino pertenecen los organismos unicelulares descubiertos?

2. ¿Cuál es el hábitat de estas bacterias?

3. ¿Qué especies químicas utilizan los organismos mencionados como fuente de energía?

4. ¿Qué tipo de gas emiten al respirar?

5. ¿Qué importancia tienen los descubrimientos realizados?

6. Explica brevemente qué beneficio se puede obtener de este hallazgo.

II. Las siguientes preguntas se refieren a conceptos muy importantes vistos en la Unidad. Trata de responderlas brevemente y consulta posteriormente la clave de respuestas. Aquellas preguntas que no puedas contestar te señalarán los temas a repasar.

7. ¿Cuál es la función del retículo endoplásmico rugoso?

8. ¿Qué función tiene el aparato de Golgi?

9. Menciona el organelo que se encuentra en células procarióticas, pero no en células eucarióticas de origen animal.

10. Menciona el nombre del organelo que las células vegetales no poseen.

11. ¿Cómo esta compuesta químicamente la membrana celular?

12. De las funciones que realiza la membrana, anota 4 que sean vitales para la célula.

13. Explica brevemente ¿en qué consiste la teoría de la endosimbiosis?

117 14. ¿Qué diferencia hay entre un núcleo y nucleoide?

15. Define el concepto de Termoquímica.

16. Describe una reacción exotérmica y endotérmica 17. ¿De dónde se obtiene la energía para formar ATP? 18. ¿Qué es una ruta metabólica?

19. ¿Cómo actúa una enzima en una molécula?

20. ¿Cuál es la diferencia entre nutrición autótrofa y nutrición heterótrofa?

21. Menciona dos diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis

22. ¿A qué se refiere P680 y P700 en el proceso de los fotosistemas I y II? 23. Completa la tabla siguiente: Organismo

Catabolismo

Aceptor (e-)

Producto final

Oxígeno

Seres humanos Músculo esquelético

Ácido láctico

Bacterias reductoras del

Respiración

azufre

anaerobia

Levaduras del pan, cerve-

Acetaldehído

za (Saccharomyces)

24. ¿La contracción muscular es anaeróbica o aeróbica? Explica brevemente.

25. ¿Cuál es la diferencia entre fermentación y respiración?

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Quiero saber más CANALES DE IONES Y FIBROSIS QUÍSTICA La Fibrosis Quística (FQ) o Mucoviscidosis es una enfermedad conocida desde tiempos remotos, es compleja ya que es una afección genética de herencia recesiva más frecuente en la raza blanca, causada por una alteración de la proteína CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) que controla el transporte a través de la membrana de las células que segregan moco, afectando las glándulas exocrinas del cuerpo, que al producir secreciones anormalmente viscosas provocan una serie de manifestaciones clínicas respiratorias y digestivas en su mayoría. El defecto genético se debe a mutaciones en un gen del brazo largo del cromosoma 7, el cual codifica la proteína reguladora del transporte de Cl y Na a través de la membrana. La enfermedad completa se manifiesta cuando el individuo es portador de dos genes defectuosos.

El primero que señaló la existencia de esta enfermedad, fue el destacado pediatra suizo Guido Fanconi, quien en 1935 al describir en 2 pacientes, la existencia de un síndrome celiaco con insuficiencia pancreática bronquiectasia y tituló su trabajo como “Fibromatosis Congénita Familiar del Páncreas con Bronquiectasia” que sin duda correspondía al paciente con (FQ). Sin embargo, la primera descripción clínica de la FQ se debe a Dorothy Anderson, patóloga del Hospital de niños de Nueva York quien en 1938 publica una detallada revisión de los signos de esta enfermedad incluyendo la asociación con el Íleo meconial; esta autora atribuía esta enfermedad a una deficiencia de vitamina A, dando a conocer la enfermedad a todo el mundo. En 1943 con los trabajos de Farber el nombre de mucoviscidosis adquiere resonancia universal al considerar este autor que estaban afectadas todas las glándulas productoras de mucus.

La determinación de Cloro y Sodio en el sudor se convirtieron en el mejor método de diagnóstico de FQ, que además de encontrarse afectadas todas las glándulas productoras de mucus, según había señalado Farber, también participaban las glándulas sudoríparas y salivares, las cuales eliminaban un exceso de Cloruro de Sodio.

La función normal de este gen lleva instrucciones para construir una proteína de membrana, localizadas en la membrana plasmática de las células epiteliales que forman un canal que facilita la difusión de iones de cloruro fuera de la célula.

Caso contrario, en la fibrosis donde la versión mutada de este gen lleva instrucciones para que la proteína no se pliegue adecuadamente y no puedan realizarse las funciones normales, esta proteína defectuosa llamada CFTR no permite formar el canal que dé paso a los iones de cloruro. En consecuencia, estos últimos se acumulan dentro de las células y eliminan el agua por ósmosis. El moco circundante, es un fluido viscoso que cubre la mayoría de superficies internas, se deshidrata y se vuelve firme y viscoso.

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Mutación Alteración CFTR Moco viscoso Alteración ciliar

Testículos Pulmón

Páncreas

Hígado

Esterilidad Dificultad al respirar

Insuficiencia pancreática

Cirrosis biliar

Sudor Pérdida de electrolitos

Los síntomas en los niños son incesante tos, náuseas, infecciones respiratorias, digestión deficiente y obstrucción intestinal. En personas, el moco grueso se acumula en las vías áreas, vías digestivas, pulmones y órganos internos. A menudo los hombres quedan estériles cuando el espeso moco bloquea los conductos que transportan los espermatozoides fuera del cuerpo.

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Cada año nacen en México 400 niños con esta enfermedad. El también investigador y coordinador de la Clínica de Fibrosis Quística del Hospital Infantil de México “Federico Gómez” comenta que, de acuerdo con el registro latinoamericano de la enfermedad, sólo 15% de los casos se diagnostican, en tanto que el restante 85% está constituido por pequeños que morirán a los 3 ó 4 años de edad por falta de diagnóstico oportuno y tratamiento. Por desgracia, la mayoría de estos pacientes no recibirán la atención que necesitan y sufrirán deterioro progresivo e irreversible en su nivel de vida y muerte prematura.

Chopin compositor y pianista de música clásica, murió a la edad de 39 años a causa de esta enfermedad.

La fibrosis quística (FQ) es una enfermedad de la que se habla muy poco, a veces nada, y que pocas personas podrían describir con exactitud. No ocupa espacio en los titulares de los diarios ni aparece en los programas de atención social, y tal vez por ese motivo ignoramos los obstáculos que enfrentan los pequeños que la padecen, además de sus familiares.

“Hay médicos que no diagnostican esta enfermedad porque saben que afecta principalmente a gente caucásica (de raza blanca), consideran que no es frecuente en la población mexicana y piensan que los síntomas del niño tienen otra causa. También es común que se detecte el padecimiento y, pese a ello, se deja que siga su evolución natural, acortando la vida del chico. Las razones de ello son el desconocimiento de nuevas formas de tratamiento, así como el alto costo

que representa el tratamiento para las instituciones de salud, pues los medicamentos que se necesitan son muy caros”. “Es fácil explicar por qué los niños con este problema de salud viven menos en México. Por un lado, se les diagnostica muy tarde y, por otro, no contamos con recursos para dar atención continua”. En efecto, algunas estimaciones realizadas por Centros de atención especializados y la propia Organización Mundial para la Salud, indican que, al año, la terapia tiene un costo aproximado de 70 mil dólares por paciente.

Uno de los puntos más importantes de la terapia consiste en mantener un estado nutricional adecuado. El paciente debe apegarse a una dieta específica, alta en proteínas, grasa y calorías, además de que debe tomar un sustituto de enzimas pancreáticas con cada alimento. También necesita aportaciones extras de vitamina B12 y de aquellas que se disuelven en grasa (liposolubles), es decir, vitaminas A, D, E y K. http://www.saludymedicinas.com.mx/nota.asp?id=2016

1. Subraya las ideas centrales del texto y elabora un resumen que describa las causas y los síntomas de la fibrosis quística.

2. Acude al Centro de Salud más cercano y pregunta sobre los casos registrados de fibrosis quística que han atendido en el último año y el tipo de tratamiento que se les da a las personas con esta enfermedad. Asimismo, indaguen sobre la tasa de mortalidad que se registra debido a la FQ. 3. Organizados por su Asesor, informen a la comunidad sobre la FQ.

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¿

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¿Qué voy a aprender?

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DIVERSIDAD BIOLÓGICA Objetivo de la unidad: Plantearás problemas y soluciones para la preservación y manejo sostenible de la biodiversidad de nuestro país, con base en el análisis de los diferentes criterios de clasificación de los seres vivos, su diversidad y la valoración de la importancia social, económica y biológica; en un ambiente de participación respeto y tolerancia así como de conocimiento y contextualización en situaciones reales.

3

UNIDAD

A lo largo del tiempo, de acuerdo con los descubrimientos arqueológicos, surgieron culturas humanas que se fueron adaptando al entorno particular, descubriendo, usando y modificando los recursos bióticos locales. En efecto, la mayoría de los ámbitos que ahora se denominan naturales, llevan en realidad la marca de muchos años de habitación humana, el cultivo de plantas y la recolección de recursos.

La biodiversidad fue moldeada a través de la domesticación e hibridación de diversas variedades de plantas y animales dando como resultado una serie de seres vivos que para efectos de estudio pueden dividirse en tres categorías jerarquizadas, como lo son los genes, las especies y los ecosistemas.

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Los organismos que han habitado la Tierra desde la aparición de la vida hasta la actualidad han sido muy variados. ¡Los seres vivos hemos ido evolucionando continuamente, formándose nuevas especies! Al igual que tristemente otras han ido extinguiéndose.

En esta unidad estudiaremos los aspectos básicos de la diversidad biológica, entendida ésta como una variedad de las formas de vida y adaptaciones dentro del medio ambiente en los organismos que se encuentran en la biósfera, tomando siempre en cuenta que los distintos tipos de seres vivos que poblamos el planeta en la actualidad somos el resultado de un proceso de evolución y diversificación.

El primer tema que trataremos se enfocará al estudio de los virus, definiéndolos, conociendo las características que los distinguen y la importancia que tienen al provocar enfermedades que tienen un gran impacto en la población, como el VIH. Para poder estudiar a los seres vivos con orden y método se han creado diversas clasificaciones o taxonomías. Las que más impacto han tenido y que se usan todavía en la actualidad son las de: Linneo, Whittaker y Woese. En el segundo tema abordaremos los aspectos más importantes de cada uno de estos tres sistemas clasificatorios.

Del tercer tema en adelante revisaremos la definición, características e importancia de cada uno de tres Dominios: Bacteria, Archaea y Eukaria. Con ello tendrás un panorama general de cómo se organizan los seres vivos, cuál es la interdependencia entre ellos y la importancia que tienen como participantes en el planeta Tierra. ¡Te deseamos todo el éxito!

Fuentes de consulta

Bibliografía • Audesirk, Teresa y Gerald Audesirk . Biología, ciencia y naturaleza. México, Pearson Prentice Hall, 2004.

• Cervantes, Marta. Biología general. 2ª ed., México, Publicaciones Cultural, 2004.

• Galván Huerta, Silvia Carolina Bojórquez Castro. Biología. México, Santillana, 2002.

• Jimeno Ballesteros, Manuel y Ucedo, Luis. Biología. México, Santillana, 2003.

• Starr, Cecile y Taggart, Ralph. La unidad y diversidad de la vida. 10ª Ed., México, Thomson, 2004.

Enciclopedia Encarta Para complementar tu información sobre los temas de esta Unidad, es conveniente que revises los artículos que enlistamos y sus ligas correspondientes.

• Monera • Eucariota • Protista • Hongos • Vegetal • Animal

• Virus • Carl von Linneo • Taxonomía • Clasificación • Bacteria • Procariota

Sitios Web Si cuentas con conexión a Internet, la visita y estudio de la información que proveen los sitios que enlistamos te será de gran utilidad para profundizar sobre los temas: a) Para conocer sobre las características generales de los seres vivos: • http://www.euita.upv.es/varios/biologia/Temas/tema_18.htm b) Los virus son el tema principal de este sitio: • http://www.elementos.buap.mx/num53/pdf/25.pdf c) Para comprender mejor las características de los eucariontes: • http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1ESO/planeta_habitado/activ_video2. htm d) Y finalmente, para profundizar en el tema de la biodiversidad: • http://www.biologia.edu.ar/biodiversidad/biodiversidad.htm

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Programas de Televisión Educativa En tu Centro de Servicios a través de la Red Edusat podrás observar programas de televisión que hemos preparado para reforzar tu aprendizaje. Obsérvalos con atención y toma nota de aquellos aspectos que más te llamen la atención.

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¿Cómo aprendo?

3.1. VIRUS Objetivo temático: Explicarás las características e importancia de los virus, analizando su impacto en problemas de salud de nuestro entorno y en especies económicamente importantes para el ser humano.

Los virus representan un reto importante para la ciencia médica en su combate contra enfermedades infecciosas porque son los causantes de diversas enfermedades, tanto en los seres humanos como en los animales, bacterias y plantas.

El término virus proviene del latín, significa ‘veneno’ y se utiliza para designar a entidades orgánicas compuestas tan sólo de material genético, rodeado por una envoltura protectora. La historia nos indica que el término virus se utilizó en la última década del siglo pasado para describir a los agentes, más pequeños que las bacterias, causantes de enfermedades. Se sabe, por otra parte, que los virus carecen de vida independiente pero se pueden replicar en el interior de las células vivas, perjudicando en muchos casos a su huésped en este proceso.

En este tema dedicaremos nuestros esfuerzos a conocer la estructura y funciones de los virus distinguiéndolos de otros agentes patógenos como las bacterias y los parásitos.

125 3.1.1. Definición y Características de los Virus Entenderemos mejor las características de los virus si las comparamos con las de otros seres, como las bacterias y los parásitos. Investiga sobre cada uno de ellos en los medios que tengas a tu alcance y con esta información completa el siguiente cuadro:

CONCEPTO

Virus

Bacterias

Parásitos

DEFINICIÓN

CARACTERÍSTICAS

EJEMPLO (puedes utilizar dibujos)

2. Investiga en la bibliografía o cualquier medio a tu alcance y mediante un esquema identifica la secuencia general que sigue la duplicación viral.

3.1.2. Importancia de los Virus

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¿Has oído hablar de cualquiera de estas enfermedades?

• Rubéola • Gripe • VIH • Paperas • Rabia • Poliomielitis • Dengue • Hepatitis A y B • Fiebre amarilla • Herpes simple ¡Todas ellas son causadas por virus!

Esto nos hace pensar que los virus poseen una importancia indudable y su efecto se hace sentir en todos los ámbitos donde se encuentran los seres vivos. Para que tengamos una idea, comentemos a manera de ejemplo, sobre el virus del ébola.

El virus del Ébola es el responsable de una enfermedad febril aguda, muy severa y que a menudo causa la muerte del sujeto. Produce una fiebre hemorrágica que agota al enfermo y en la mayoría de los casos, les provoca la muerte.

Una vez que alguien se ha infectado con este virus pasa por un proceso de incubación que va de tres a nueve días. Terminado este período se presenta uno o varios de los síntomas siguientes: conjuntivitis, dolores musculares, náuseas y vómitos. Con frecuencia la fiebre asciende a 39 y 40 °C, con la presencia de diarrea líquida y trastornos mentales, principalmente alucinaciones. Uno de los signos más fidedignos es la aparición entre el quinto y el séptimo día, de una erupción en cara y cuello que se va expandiendo por todo el cuerpo de manera centrífuga a la vez que aparecen hemorragias por vía cutánea, en los intestinos, riñones y ojos. En algunas ocasiones puede darse el hecho de que el hígado se inflama.

3. Investiga en los medios a tu alcance y completa el siguiente cuadro:

RAMA

IMPACTO

Medicina

Investigación

Ecosistema

4. Investiga las siguientes palabras e inclúyelas en tu glosario: • Virológica • Bacteriófago • Virion • Cápside • DNA • RNA • Inmunología • Huésped 5. Utiliza los términos para confeccionar un mapa mental o mejor aún, un mapa conceptual. Pide la ayuda de tu asesor para orientar mejor tu trabajo.

6. Investiga en los medios a tu alcance todo lo posible sobre el virus del Sida (VIH) y elabora un trabajo monográfico que cubra los siguientes aspectos: a) Características de la infección por VIH. b) Evolución de la enfermedad. c) Avances en la atención de los infectados con VIH. d) Postura de las autoridades e instituciones respectos a los infectados con VIH-Sida. e) Estadísticas de infectados en el país. f) Métodos de prevención para evitar el contagio.

Te sugerimos cuidar en tu trabajo los aspectos que se muestran en la matriz de valoración que aparece en la siguiente página:

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CATEGORÍA Cantidad de Información

Calidad de Información

Organización

Fuentes

Diagramas e Ilustraciones

La información está claramente relacionada con el tema principal y proporciona varias ideas secundarias y/o ejemplos.

4 Todos los temas tratados y todas las preguntas fueron contestadas en al menos 2 oraciones.

La información da respuesta a las preguntas principales y 1-2 ideas secundarias y/o ejemplos.

3 Todos los temas tratados y la mayor parte de las preguntas fueron contestadas en al menos 2 oraciones.

La información da respuesta a las preguntas principales, pero no da detalles y/o ejemplos.

2 Todos los temas tratados y la mayor parte de las preguntas fueron contestadas en una oración.

La información tiene poco o nada que ver con las preguntas planteadas.

1 Uno o más temas no están tratados.

Algunas fuentes de información y gráficas no están documentadas.

La información proporcionada no parece estar organizada.

Todas las fuentes de información y gráficas están documentadas, pero muchas no están en el formato deseado.

Los diagramas e ilustraciones no son precisos o no atañen al entendimiento del tema.

La información está organizada, pero los párrafos no están bien redactados.

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas, pero unas pocas no están en el formato deseado.

Los diagramas e ilustraciones son ordenados y precisos y algunas veces atañen al entendimiento del tema.

La información está organizada con párrafos bien redactados.

Todas las fuentes de información y las gráficas están documentadas y en el formato deseado.

Los diagramas e ilustraciones son precisos y ayudan al entendimiento del tema.

La información está muy bien organizada con párrafos bien redactados y con subtítulos.

Los diagramas e ilustraciones son ordenados, precisos y ayudan al entendimiento del tema.

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Actividad experimental.

EXTRACCIÓN CASERA DEL ADN La extracción de ADN de una muestra celular se basa en el hecho de que los iones salinos son atraídos hacia las cargas negativas del ADN, permitiendo su disolución y posterior extracción de la célula. Se empieza por lisar (romper) las células mediante un detergente, vaciándose su contenido molecular en una disolución tampón en la que se disuelve el ADN. En ese momento, el tampón contiene ADN y todo un surtido de restos moleculares: ARN, carbohidratos, proteínas y otras sustancias en menor proporción. Las proteínas asociadas al ADN, de gran longitud, se habrán fraccionado en cadenas más pequeñas y separadas de él por acción del detergente. Sólo queda, por tanto, extraer el ADN de esa mezcla de tampón y detergente, para lo cual se utiliza alcohol isoamílico, probablemente el único reactivo de esta práctica que no suele haber en una cocina.

Material y Reactivos: • Muestra vegetal • Agua (destilada o mineral) • Sal de mesa • Bicarbonato de sodio • Detergente líquido o champú • Alcohol isoamilico a O°C

• Batidora o licuadora • Nevera o hielera • Colador o centrifuga • Vaso • Tubo de ensayo • Varilla fina • Pipeta

129 Metodología A. Preparar la solución tampón con los ingredientes que se enlistan y mantener en la nevera o en un baño de hielo triturado: • 120 ml de agua, si es posible destilada y si no mineral. No usar agua de la llave.

• 1.5 g de sal de mesa, de preferencia pura.

• 5 g de bicarbonato sódico.

• 5 ml de detergente líquido o champú.

B. Elegir la muestra que va a proporcionar el ADN entre los vegetales que pueda haber en la cocina (cebolla, ajo, tomates, etc.) y cortarla en cuadraditos.

C. Triturar la muestra con un poco de agua en la batidora o licuadora accionando las cuchillas a impulsos de 10 segundos. Así se romperán muchas células y otras quedarán expuestas a la acción del detergente.

D. Mezclar en un recipiente limpio 5 ml del triturado celular con 10 ml del tampón frío y agitar vigorosamente durante al menos 2 minutos. Separar después los restos vegetales más grandes del caldo molecular haciéndolo pasar por un colador lo más fino posible. Lo ideal es centrifugar a baja velocidad 5 minutos y después con la pipeta retirar el sobrenadante.

E. Retirar 5 ml del caldo molecular a un tubo de ensayo y añadir con pipeta 10 ml de alcohol isoamílico enfriado a 0ºC. Se debe dejar escurrir lentamente el alcohol por la cara interna del recipiente, teniendo éste inclinado. El alcohol quedará flotando sobre el tampón.

F. Se introduce la punta de una varilla estrecha hasta justo debajo de la separación entre el alcohol y el tampón. Remover la varilla hacia delante y hacia atrás poco a poco se irán enrollando los fragmentos de mayor tamaño de ADN. Pasado un minuto retirar la varilla atravesando la capa de alcohol con lo cual el ADN quedará adherido a su extremo con el aspecto de un copo de algodón mojado.

NOTA: El producto filamentoso obtenido de la extracción no es ADN puro ya que, entremezclado con él, hay fragmentos de ARN. Una extracción “profesional” se realiza añadiendo enzimas que fragmentan las moléculas de ARN e impiden que se unan al ADN. RESULTADOS: En este espacio: a) Describe lo que observas en la parte final de la experiencia. b) Anota tus ideas acerca de cómo podría mejorarse la experiencia

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3.2 Clasificación de los Seres Vivos según Linneo, Whittaker y Woese Objetivo temático: Identificarás las diversas clasificaciones de los seres vivos a partir de las características generales de acuerdo con Lineo, Whittaker y Woese.

Actividades: 1. Para iniciar el estudio de este tema, trata de responder dos preguntas: a) ¿Conoces algún sistema de clasificación? Si tu respuesta es afirmativa, descríbelo brevemente. b) ¿Cuál es la importancia de efectuar una clasificación de los seres vivos?

Comparte tus respuestas con tu Asesor y con tus compañeros 2. Lee la introducción al tema: Aristóteles (384-322 a.C.) desarrolló el primer método de clasificación en plantas y animales. Posteriormente los científicos se percataron que esta clasificación no funcionaba ya que había organismos que no podían ser incluidos en ella y esto dio lugar a la búsqueda de una nueva forma de clasificación de los seres vivos.

Con anterioridad al desarrollo de la genética molecular y las hibridaciones de ADN, los organismos se clasificaban atendiendo a los caracteres morfológicos, fisiológicos o a su comportamiento, lo que permitía obtener información sobre el grado evolutivo del ser vivo que se quería clasificar. De esta manera se desarrollaron clasificaciones de tipo filogenético, donde se ponen de manifiesto las relaciones evolutivas.

• Linneo Científico sueco que sentó las bases de la taxonomía poniendo a punto un sistema binomial de clasificación de vegetales y animales empleando el término de género y especie escrito en latín. Fue el primero en desarrollar las categorías taxonómicas desde filo hasta especie.

• Robert Whittaker Elaboró una clasificación en 1969 que hasta nuestros días se sigue empleando, en ésta plantea la presencia de cinco reinos en la naturaleza que son: monera, protista, fungi, plantae y animalia. El reino monera comprende a todas las bacterias, que son los seres vivos más antiguos que presentan células procarióticas hasta los más complejos que integran el reino animalia.

• Woese Carl Woese propone que los organismos se agrupen en tres dominios que son las arqueobacterias (Archaea), las eubacterias (Eubacteria) y los eucariontes (Eukaria); debido a que en estudios más recientes en bacterias han demostrado que hay dos grupos muy diferentes de éstas que se separaron temprano en la evolución, siendo

131

las arqueobacterias las más antiguas, cuya característica es que habitan en medios ambientes extremos y que presentan una composición muy peculiar de ARN. Las eubacterias son las bacterias verdaderas y más familiares para nosotros.

3. Consulta en la bibliografía a tu alcance, en la Enciclopedia Encarta o investiga en Internet sobre el tema de la clasificación (taxonomía) de los seres vivos y anota el significado de los siguientes conceptos que incorporarás a tu glosario: • Género • Familia • Orden

• Clase • Filum • Reino

4. Completa el siguiente cuadro sinóptico describiendo las aportaciones principales de cada uno de los científicos considerados: Lineo

Aportaciones

Whittaker

132 Woese

5. Con la información de la actividad anterior elabora un mapa conceptual.

Clasificación Lineo

Ejemplos

Whittaker

Ejemplos

Woese

Ejemplos

3.3. DOMINIO BACTERIA (EUBACTERIA) Objetivo temático: Describirás las principales características de las bacterias, tras identificar su importancia social, económica y ecológica.

El éxito biológico de las bacterias radica en su tamaño reducido, en su notable capacidad reproductora, su rápida tasa de mutación y su versatilidad al colonizar casi todos los ambientes: aire, agua, interior y exterior de plantas, animales, etc.

El Dominio Bacteria incluye organismos unicelulares que tienen un tamaño de unos pocos micrómetros (entre 0.5 y 5 m) procarióticos, como son las bacterias verdaderas o eubacterias, las cianobacterias (denominadas anteriormente algas verdes-azules y que han estado viviendo por más de 3 mil millones de años en las partes menos profundas del océano).

Exceptuando a los Micoplasmas todos los representantes del Dominio Bacteria poseen pared celular de peptidoglicanos y algunos secretan una cápsula gelatinosa.

Por lo que se refiere a su modo de reproducción, en las bacterias no se presentan los procesos de mitosis y meiosis. Algunas células del dominio Bacteria son flageladas por lo cual tienen gran movilidad, otras presentan proyecciones sobre la membrana.

133 3.3.1. Definición y Características

Actividades: 1. Consulta la bibliografía a tu alcance, en la enciclopedia Encarta o en los Internet, todo lo que puedas revisar sobre el Dominio Bacteria y elabora en tu cuaderno de notas un resumen. Compártelo con tu asesor y tus compañeros para complementar la información obtenida.

2. Con lo investigado confecciona un cuadro sinóptico que contenga los siguientes puntos sobre el Dominio Bacteria: • Características principales.

• Estructura (ejemplificar con dibujos).

• Reproducción.

• Clasificación de las Bacterias

3.3.2. Importancia de las Bacterias 3. Investiga en los medios que tengas a tu alcance sobre la importancia de las bacterias en los aspectos que solicita el cuadro. Una vez que lo hayas completado, preséntalo a tu asesor para recibir retroalimentación.

ASPECTO

IMPORTANCIA

PROBLEMAS ACTUALES

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Salud Industria Agricultura Ecología

4. Actividad experimental

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OBSERVACIÓN DE BACTERIAS

MATERIAL: • Mechero Bunsen o de alcohol • Asa de siembra o aguja enmangada (hacer ganchito) • Pinzas • Portaobjetos • Muestras bacterianas de origen natural: yogur, vinagre, suelo.

• Colorantes para tinción: a) Solución de cristal violeta al 1% b) Solución de safranina al 0,5% c) Azul de metileno al 1% • Microscopio y aceite de inmersión Bacterias del yogur El yogur es un producto lácteo producido por la fermentación natural de la leche. A escala industrial se realiza la fermentación añadiendo a la leche dosis del 3-4% de una asociación de dos cepas bacterianas: el Streptococcus termophilus, poco productor de ácido, pero muy aromático, y el Lactobacillus bulgaricus, muy acidificante. En esta preparación se podrán, por tanto, observar dos morfologías bacterianas distintas (cocos y bacilos) y un tipo de agrupación (estreptococos, cocos en cadenas arrosariadas). Además, el tamaño del lactobacilo (unos 30 µm de longitud) facilita la observación aunque no se tenga mucha práctica con el enfoque del microscopio.

PROCEDIMIENTO: A. Realizar el frotis disolviendo una mínima porción de yogur en una pequeña gota de agua.

B. Fijar con metanol para eliminar parte de la grasa.

C. Teñir con un colorante cualquiera de los arriba indicados durante 1-2 minutos.

D. Observar al máximo aumento del microscopio.

Bacterias del vinagre El vinagre es una solución acuosa rica en ácido acético resultante de la fermentación espontánea del vino o de bebidas alcohólicas de baja graduación. La acetificación del vino es producida por bacterias aeróbicas del ácido acético, principalmente Acetobacter aceti, aunque también Gluconobacter. Se trata de bacilos rectos con flagelos polares.

PROCEDIMIENTO: A. Tomar con una aguja enmangada una pequeña porción de madre de vinagre natural o de la telilla que se forma sobre la superficie de los vinos agriado.

B. Extender la muestra en el portaobjetos con una gota de agua y hacer el frotis.

C. Dejar secar y fijar con calor.

D. Teñir 2-3 minutos, lavar el exceso de colorante y secar.

Bacterias del suelo La variedad de bacterias que pueden aparecer en una muestra de suelo es prácticamente infinita, muchas de ellas no cultivables en los laboratorios y algunas, incluso, desconocidas para los microbiólogos. Para recoger la muestra y hacer el frotis basta con dejar parcialmente enterrado en vertical un portaobjetos en la tierra de una maceta o de un jardín. Después de varios días, las bacterias se habrán adherido al vidrio y sólo habrá que fijarlas por calor y teñirlas con un colorante cualquiera. Previamente hay que limpiar los bordes del portaobjetos, así como la parte que no se va a teñir.

PREGUNTAS: • ¿Qué tipos de morfología y agrupación aparecen en los frotis de los cultivos?

• ¿Qué fin tiene la fijación de muestras al realizar un frotis bacteriano?

• Señala las ventajas y desventajas de la tinción simple respecto del examen en fresco.

DIBUJA LO OBSERVADO:

135

3.4. DOMINIO ARCHAEA (ARQUEOBACTERIAS) Objetivo temático: Describirás las características distintivas del dominio Archaea a través del estudio de sus estructuras, aspectos evolutivos e importancia ecológica, en un ambiente de respeto y colaboración.

Las arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo) constituyen un fascinante conjunto de organismos con características muy especiales.

Anteriormente las arqueobacterias se incluían en el mismo Dominio que las bacterias, pero su estudio detallado ha obligado a considerarlas como un Dominio separado denominado Archaea.

Fenotípicamente, las arqueobacterias son muy parecidas a las Bacterias y aunque lucen como ellas, poseen características bioquímicas y genéticas que las alejan de las Bacterias. Hoy se encuentran restringidas a hábitats marginales como fuentes termales, depósitos profundos de petróleo caliente, fumarolas marinas, lagos salinosos (incluso en el mar Muerto...). Por habitar ambientes “extremos”, se las conocen también con el nombre de extremófilas.

136

Las Archea no necesitan de la luz solar para el proceso de la fotosíntesis como el que llevan a cabo las plantas, ni oxígeno, ellas absorben CO2, N2, o H2S y eliminan gas metano como producto de desecho.

Se considera que las condiciones de crecimiento que soportan, semejan a las existentes en los primeros tiempos de la historia de la Tierra, por ello, a estos organismos se los denominó arqueobacterias.

3.4.1 Definición y Características Actividades: 1. Con los conocimientos que posees, trata de contestar las siguientes preguntas: • ¿Qué es una filogenia?

• ¿Qué son las arqueobacterias?

• ¿Cuál es su hábitat?

• ¿Qué se entiende por “fenotipo”?

• ¿Qué indica el término extremófilas aplicado a las arqueobacterias?

2. Busca información en los libros a tu alcance o cualquier medio electrónico, acerca de las características de la arqueobacterias. Con esta información elabora un resumen donde trates los siguientes puntos: a) morfología, b) formas básicas y c) estructura, incluyendo, además, esquemas e ilustraciones.

3. Completa el siguiente cuadro sin贸ptico enumerando las caracter铆sticas principales de cada filogenia.

Eurychaeota

Filogenia de Archea

Crenarchaeota

Korarcheota

3.4.2. Importancia de las Arqueobacterias 4. Por medio de ilustraciones muestra la importancia evolutiva y ecol贸gica del Dominio Archaea.

137

5. En el siguiente cuadro comparativo describe las diferencias estructurales y funcionales de los dominios Eubacterias y Arqueobacterias.

Arqueobacterias

Eubacterias

6. Explica cuál es la relación entre los dominios Eubacterias y arqueobacterias:

3.5. DOMINIO EUKARIA (EUCARIOTES) Objetivo temático: Describirás los organismos pluricelulares, mediante el análisis de sus características taxonómicas, importancia social, económica y biológica, haciendo inferencia en México como un país mega diverso.

138

¿Te has preguntado que tenemos en común los seres humanos con los árboles, el plancton, los monos y los hongos?

Todos formamos parte del Dominio Eucariota y aunque somos diferentes en muchos aspectos tenemos varios puntos en común, incluyendo que estamos constituidos por células únicas llamadas EUCARIOTAS (del griego eu= verdadero, karion = núcleo) cuya característica principal es presentar un núcleo rodeado por una membrana o envoltura nuclear.

Las células eucariota son generalmente mayores y con una estructura más compleja que las células procariotas. La morfología de estos organismos puede incluir apéndices, pared celular, membrana y varias estructuras internas.

El grupo eucariota se divide en varios grupos biológicos conocidos como “Reinos”: • Reino Protista: organismos con una sola célula eucariota.

• Reino de los Hongos: incluyendo hongos y otras setas.

• Reino Plantae: incluye árboles, helechos y flores.

• Reino Animal: desde caracoles hasta aves, ¡y mamíferos como tu!

3.5.1. Definición y Características Actividades: 1. Realiza el siguiente mapa conceptual.

Definición Eucariota

Características

Morfología

Estructura

Función Evolutiva

3.5.2. Importancia de: • Protistas • Hongos • Plantas • Animales

139

2. Completa el siguiente cuadro: Reino Definición Hongos

Plantas

Animales

Protista

Estructura básica

Formas de reproducción

3. En equipos de tres integrantes expongan los diversos temas, que se presentan en la actividad anterior tomando en cuenta las características principales que se citan a continuación: definición, clasificación, características, morfología, hábitat, importancia económica, aplicaciones y ejemplos.

4. Investiga la biodiversidad de tu comunidad y analiza la problemática de preservación. Asimismo, presenten a la comunidad escolar sus hallazgos mediante un periódico mural.

5. Busca información sobre los animales que están en peligro de extinción en nuestra República Mexicana. En un mapa ubica y colorea las regiones donde se ubican a estas especies.

6. Investiga en tu comunidad las plantas que se conocen y construye un pequeño jardín botánico, clasificándolas convenientemente con la ayuda de tu asesor.

7. Elabora un collage donde incluyas los siguientes reinos: animales, hongos, protista.

140

8. Investiga los siguientes conceptos e incorpóralos a tu glosario: • Seta • Micelio • Hifa • Heterótrofa • Saprofitos • Simbiontes • Esporas

9. Actividad experimental.

OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA DE HONGOS OBJETIVO: Observarás la morfología de los hongos, para poder distinguir entre hifas septadas y no septadas, así como los distintos tipos de esporas y las estructuras que las originan.

MATERIALES: • Microscopio • Portaobjetos y cubreobjetos (22x22 mm) muy limpios y desengrasados con alcohol • Trozo enmohecido de fruta, pan o un cultivo de hongos • Varios ejemplares de hongos macroscópicos • Solución de lactofenol al azul algodón • Cinta adhesiva transparente

PREPARACIÓN EN FRESCO DE MOHOS Preparación en cinta adhesiva TÉCNICA: A. Colocar sobre un portaobjetos una gota de solución de lactofenol no demasiado grande, para evitar que el cubreobjetos flote y la preparación quede demasiado gruesa.

B. Cortar un trozo de cinta adhesiva transparente de aproximadamente 2 cm.

C. Tocar con el lado adhesivo de la cinta la superficie de la fruta o el pan enmohecidos o el borde de una colonia de hongo de un cultivo. En la zona central de una colonia puede haber una excesiva concentración de esporas.

D. Pegar la cinta adhesiva sobre la gota del portaobjetos.

E. Eliminar el colorante sobrante con un papel de filtro.

Observación de manera macroscópica

141 TÉCNICA: En cuanto a los hongos macroscópicos, en primer lugar, nos fijaremos en las partes que constituyen una seta típica (carpóforo u órgano formador de esporas), a continuación estudiaremos y reconoceremos la morfología de diferentes hongos fijándonos en algunas de las características que son importantes para su determinación:

OBSERVACIONES:

CONCLUSIONES:

¿Qué he aprendido?

I. De la lista que aparece a continuación, elige la palabra que complementa correctamente y anótala sobre la línea: Protozoario, Levaduras, Archaeas, Virus, Saprofitas, Eubacterias, Mohos mucilaginosos, Micelio, Ricketsias, Quitina

1. Las __________________absorben CO2, N2 o H2O y eliminan gas metano a manera de producto de desecho.

2. A las bacterias que necesitan moléculas orgánicas como fuente de energía y viven como parásitos en otros organismos se les llama ____________________.

3. Otras bacterias viven como ______________, como organismos que se alimentan de materia orgánica en descomposición.

4. Los______________ se multiplican únicamente dentro de las células de los seres vivos.

5. Las ______________son organismos parecidos a las bacterias pero no pueden vivir fuera de los tejidos vivos.

142

6. Se les conoce como hongos inferiores, pero se les clasifica con los protistas por su semejanza con los protozoarios a los _______________.

7. Las hifas crecen y forman una pared llamada ___________o cuerpo del hongo.

8. Las _____________ se reproducen asexualmente por medio de gemación.

9. Los ____________ son heterótrofos unicelulares y se les conoce como los “primeros animales”.

10. La _____________ es una sustancia que se encuentra también en la cubierta externa de los insectos.

II. Contesta las preguntas: 11. ¿Cuáles son los criterios que se emplean para clasificar a los animales?

12. ¿Cuál es la función de las plantas?

13. ¿Cómo aparecieron los organismos en la Tierra?

14. ¿Quú es una espora?

III. Relaciona las columnas: 15. (

) Son ejemplos Saprolegnia u hongo de agua dulce.

A) Phylum Basidiomycota

16. (

) Es el grupo más numeroso de hongos, encontramos levaduras, hongos de humedad, hongos de copa y trufas

B) Phylum Zygomycota

) Son ejemplos: los champiñones, setas, huitlacoche, orejas de palo.

D) Phylum Ascomycota

17. (

C) Phylum Oomycota

E) GinKgophyta 18. (

) Es un ejemplo: Rhizopus u hongo del pan.

19. (

) Carecen de raíces y tejidos especializados para colectar el agua y transportar humedad, absorben humedad a través de estructuras aéreas.

F) Phylum Nematoda G) Phylum Echinodermata H) Phylum Brachiopoda 20. (

) Solamente tiene una especie: un árbol con hojas de abanico y sus semillas tienen olor desagradable.

21. (

) Lo constituyen árboles como los pinos , el ciprés y el abeto.

22. (

) La hidra, las anémonas de mar, los corales y las medusas son ejemplos.

I ) Celenterados J) Coniferophyta K) División Bryophyta

23. (

) Incluye tipos de animales no segmentados. El intestino de estos animales tiene dos aberturas.

L) Rhodofitas M) Filo Sarcodina N) Helechos Bifurcados

24. (

) Las almejas confortan este Phylum. Ñ) Clase Reptilia

25. ( 26. (

) La estrella de mar es uno de estos Phylum. ) Estos helechos carecen de raíces, pero tienen un tallo ramificado subterráneo del cual nacen rizoi des.

27. (

) Son algas rojas multicelulares , marinas.

28. (

) Organismo ameboideo, de vida libre o parásito.

29. ( ) Tortugas, serpientes, lagartijas y cocodrilos pertenecen a esta Clase.

143

Quiero saber más El principal objetivo de los biólogos ha sido el estudio molecular de los virus y su interacción con la célula huésped. El estudio de la replicación de los bacteriófagos en bacterias descubrió la existencia de ARN mensajero, que llevaba el código genético del ADN, necesario para la síntesis de proteínas.

Los estudios de estos virus han sido también el instrumento para definir los factores bioquímicos que inician y finalizan la información genética.

Los virus son útiles como sistema de modelo para estudiar los mecanismos que controlan la información genética, ya que son pequeñas piezas de esta información, lo cual permite estudiar sistemas de replicación más simples y manejables que funcionan con los mismos principios de la célula huésped.

Gran parte de la investigación sobre los virus pretende conocer su mecanismo replicativo para encontrar la manera de controlar su crecimiento y eliminar enfermedades virales.

144

Los actuales estudios en relación a las enfermedades víricas han favorecido a la respuesta inmune del organismo frente a los agentes infecciosos. Estudiando esta respuesta, se han puntualizado a fondo los anticuerpos séricos y las secreciones de la membrana mucosa, cuya finalidad es eliminar del organismo elementos extraños como los virus.

Ahora, el interés científico se centra en la investigación destinada a aislar ciertos genes virales, los cuales se podrían clonar para producir grandes cantidades de proteínas, que serían utilizadas como vacunas.

Te invitamos a visitar el sitio Web que se menciona a continuación, con la finalidad que conozcas el proceso evolutivo de los virus con el material genético http://www.biologia.edu.ar/animaciones/in-ciclo.htm

RESPUESTAS

1

1.- La biología es una ciencia que ha contribuido con la humanidad a identificar las causas de las enfermedades analizando células, tejidos, moléculas biológicas u orgánicas; busca medicamentos para su cura, realiza estudios continuamente para encontrar alimentos alternativos, contribuye a cuidar el medio ambiente, busca formas de reproducir especies en peligro de extinción y muchas cosas más.

16.- e 17.- a 18.- d 19.- c 20.- h

2.- Porque ayuda a comprender los procesos que nos permiten vivir, explica el por que de la biodiversidad biológica, la forma en que se origino la vida y como van evolucionando los seres vivos, me permite entender como los padres transmiten sus características a la descendencia…

21.- i 22.- b 23.- e 24.- a

3.- b 25.- b 4.- c 26.- c 5.- b 27.- d 6.- b 28.- b 7.- d 29.- e 8.- c 30.- a 9.- c 31.- c 10.- b 32.- c 11.- d 33.- d 12.- d 34.- b 13.- b 35.- a 14.- b 36.- e 15.- f

145

37.- g 38.- h 39.- 1 40.- 6 41.- 3 42.- 2 43.- 4 44.- 5 45.- b 46.- a 47.- c

146

48.- d 49.- f

50.- La teoría de la Síntesis Abiótica, ya que después de su planteamiento se desarrollaron muchas investigaciones experimentales que tratan de comprobar como se fue organizando la materia inanimada hasta llegar a constituir a los precursores de los verdaderos seres vivos.

Al respecto destacan, los experimentos realizados por Stanley Millar, los de Melvin Calvin, Ponamperuma, Sydney Fox y los que se suman a la lista.

RESPUESTAS

2

Ejercicio de la página 94 1. a) Robert Hooke 2. b) Membrana celular, citoplasma, núcleo 3. c) No poseen un núcleo 4. d) Poseen organelos 5. a) Hialoplasma, citoesqueleto, organelos 6. a) Microfilamentos, microtubulos, filamentos intermedios 7. d) Citoplasma Ejercicio de la página 101 a) Anabolismo y catabolismo b) Liberación de energía c) Degradación de proteínas d) El desdoblamiento de los carbohidratos hasta obtener agua y bióxido de carbono e) Requerir de energía f) Fotosíntesis g) Catabólico Ejercicio de la página 102 a) Glucólisis b) Acetil- coenzima A c) Fosforilación oxidativa d) ATP e) Oxidación ¿Qué he aprendido? página 116 1. Al Reino Archaea.

2. Aguas termales a 200 m de profundidad.

3. Hidrógeno de origen geológico y dióxido de carbono en un ambiente caliente.

4. Metano.

5. Muestran que es posible que haya seres vivos en ambientes extremos y que no dependan de la fotosíntesis.

6. De su estudio pueden derivarse conocimientos sobre cómo obtener energía útil del hidrógeno.

7. El RER participa en la síntesis de todas las proteínas que deben empacarse o trasladarse a la membrana plasmatica. Ademas, los lípidos y proteínas integrales de todas las membranas de la celula son elaboradas por RER. 8. Funciona como una planta empaquetadora, mo-

dificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular.

9. El núcleo.

10. Menciona el nombre del organelo que las células vegetales no poseen.

11. Dos capas de fosfolipidos en las que se embeben moléculas de colesterol y proteínas.

12. Se dejan al estudiante.

13. Teoría que sostiene que algunos organelos de las células eucariotas, como las mitocondrias o cloroplastos, pudieron originarse a partir de eubacterias que se integraron en estas células mediante un proceso complejo llamado endosimbiosis.

14. En el núcleo se organizan las moléculas de ADN y las proteínas para formar los cromosomas. En el nucleólo se sintetiza el ARN ribosómico, necesario para formar las dos subunidades inmaduras integrantes del ribosoma.

15. Disciplina que estudia el intercambio energético entre los reactivos y los productos de una reacción química.

16. Una reacción exotérmica típica es la combustión porque genera una gran cantidad de calor; una reacción endotérmica (que absorbe calor) es la disolución del nitrato de potasio en agua que produce un descenso en la temperatura.

17. De la glucólisis.

18. Serie de pasos mediante los cuales se logra la síntesis o la degradación de sustancias.

19. Permitiendo que la reacción ocurra con un menor gasto energético.

20. Los organismos autótrofos producen sus propios nutrientes; los heterótrofos los adquieren del medio.

21. Se deja la respuesta al estudiante consultando al asesor.

147

RESPUESTAS 1.- Archaeas 2.- Eubacterias 3.- Saprofitas 4.- Virus 5.- Ricketsias 6.- Mohos mucilaginosos 7.- Micelio 8.- Levaduras 9.- Protozoarios 10.-Quitina

148

3.- Respuestas (c) (d) (a) (b) (k) (e) (j ) (i ) (f ) (n) (g) (n) (l ) (m ) ( 単)

3

BIOLOGÍA I Cuadernillo de Procedimientos para el Aprendizaje Derechos Reservados Número de registro en trámite 2007 Secretaría de Educación Pública/Dirección General del Bachillerato