Biología 1 BGU - muestra editorial - Maya Educación by Maya Educación

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Presentación Estimados estudiantes y docentes: La editorial se complace en ofrecer a la comunidad educativa su nueva serie Tendencias Biología, destinada a favorecer los aprendizajes requeridos en esta importante área de estudio y contribuir de esta manera a alcanzar el perfil del bachiller ecuatoriano. Tendencias Biología es una serie elaborada para aportar al desarrollo de nuestros estudiantes, de manera equilibrada y de acuerdo a sus edades con el fin de promover sus capacidades y habilidades. Cumple fielmente con los lineamientos del Ministerio de Educación y responde a las necesidades de estudiantes y docentes porque, a través de su metodología activa, promueve la construcción de conocimientos a partir de la experiencia, la reflexión e indagación, por medio de preguntas y actividades necesarias para llegar a la conceptualización y la aplicación de aprendizajes reflexivos que permiten inferir conclusiones y consecuencias en el proceso de aprender. Además, los recursos visuales e interactivos empleados y la prolija selección de segmentos contribuyen a lograr la calidad educativa esperada por la sociedad ecuatoriana. Es muy importante destacar que cada texto ha sido elaborado por un equipo pedagógico de alto nivel, lo que garantiza que los estudiantes cuenten con una herramienta que les ayude alcanzar un aprendizaje significativo, ser competentes para reconocer su proceso de aprendizaje, aumentando así su eficacia, su rendimiento y su capacidad de trabajo colaborativo. Es nuestro anhelo que con el trabajo conjunto que realicen tanto docentes como estudiantes, apoyados en estos valiosos libros de texto, que ponemos a su consideración, se logren los objetivos que todos aspiramos alcanzar: una educación de calidad y calidez. La editorial

Relaciónate con tu texto El texto Tendencias Biología de Primer año de Bachillerato está conformado por seis unidades que contienen: Apertura de unidad

Título de la unidad Está relacionado con los temas tratados en la unidad.

Lectura de imágenes Plantea preguntas para decodificar las imágenes a través de la observación.

Ilustración o fotografía En la doble página los gráficos plantean una visión general del tema de la unidad.

El Universo: fuente de elementos vitales

Me conecto con las TIC Lectura de imágenes

Los seres vivos y sus cambios

Ingresa a la siguiente página de Internet y amplía tus conocimientos acerca de las supernovas: https:// www.youtube.com/ watch?v=Irb2QbYhZh0.

¿Qué elementos observas en la imagen del universo? ¿Cómo crees que se formaron estos elementos? ¿Por qué es importante conocer cómo se formó el universo?

Mapa de contenidos Es un organizador gráfico de los bloques temáticos de cada unidad.

Mapa de conocimientos

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Teoría de la Abiogénesis y origen de la vida. Compuestos químicos de la atmósfera primitiva y su relación con las moléculas orgánicas de los seres vivos. Abiogénesis de moléculas orgánicas en otros lugares del Universo. Biomoléculas: características, síntesis, descomposición y polímeros. Estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas: agua, glúcidos, lípidos, enzimas, proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos. shutterstock.com

Evaluación diagnóstica Examen que pretende identificar los aprendizajes previos que posees y que se requieren para este nuevo año lectivo.

Evaluación diagnóstica 1. Escribe el concepto de materia y energía.

DCCD Presenta las destrezas con criterios de desempeño que constituyen el saber hacer que debes desarrollar con una o más acciones. Título del bloque Corresponde al nombre del bloque de contenidos que compone la unidad.

Construyo mis conocimientos Corresponde al desarrollo de los contenidos conceptuales que debes aprender.

4. Observa el mapa y ubica las bioregiones del Planeta Tierra.

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2. Observa la estructura de un átomo y escribe el nombre de las partículas subatómicas con sus respectivas cargas eléctricas.

Exploremos los conocimientos Propone vivir una experiencia concreta en equipo. Busca motivarte, activar tus conocimientos previos, y acercarte a los nuevos saberes. Incluye actividades que provocan en ti un desequilibrio cognitivo al enfrentarte con algo novedoso que no lo puedes explicar solo con tus saberes previos y que te llevan a preguntarte qué sé, qué no sé y qué quiero saber.

DCCD: Indagar y analizar la teoría de la Abiogénesis que explica el origen de la vida e interpretar las distintas evidencias científicas. Identificar los elementos y compuestos químicos de la atmósfera de la Tierra primitiva, y relacionarlos con la formación abiogénica de las moléculas orgánicas que forman parte de la materia viva. Describir y comparar las características básicas de las biomoléculas a partir de sus procesos de síntesis y diversidad de polímeros. Usar modelos y describir la estructura, diversidad y función de las biomoléculas que constituyen la materia viva, y experimentar con procedimientos sencillos.

Los seres vivos y su ambiente Exploremos los conocimientos Observa las imágenes y contesta: ¿Qué ingredientes lleva tu caldo favorito? ¿Por qué es importante conocer las sustancias con las cuales se prepara este alimento? ¿Cuáles son los elementos químicos que surgieron a partir de la formación del caldo primitivo de la Tierra? ¿Consideras que la vida puede surgir a partir de factores sin vida? Argumenta tu respuesta. Socializa las respuestas con tus compañeros. shutterstock.com

5. Con las palabras claves redacta el ciclo del agua en la naturaleza y escribe su importancia.

3. Marca con una (X) dentro del paréntesis la opción correcta. 3.1 En el Universo el primero y el más abundante elemento que se creó en una fracción de segundo después de la Gran Explosión del Big Bang es el: A) oxígeno B) helio C) hidrógeno

(___) (___) (___)

3.2 La Teoría de la Deriva Continental, propuesta por Alfred Wegener, en 1915, sostiene que los continentes estuvieron unidos en uno solo llamado: A) Pangea B) Litosférico C) Astenósfera

(___) (___) (___)

3.3 El primero en proponer la Teoría del Origen de la Vida a partir de factores sin vida fue: A) Aristóteles B) Alexander Oparin

(___) (___) 8

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Construyo mis conocimientos

PALABRAS CLAVES: Sol, agua, nubes, vapor de agua y precipitación.

Teoría de la Abiogénesis y origen de la vida El término abiogénesis significa la creación de vida a partir de la “no-vida”. El prefijo griego - a - quiere decir sin o ausencia. Por ejemplo, acéfalo quiere decir - sin cabeza-, o anormal, sin normalidad o carente de normalidad. Abiótico significa entonces: sin vida. Abiogénesis sería entonces: creación (génesis) de vida a partir de factores sin vida.

6. Identifica y escribe los nombres de las partes principales de la célula:

Leo y recuerdo George Lemaitre (1894 – 1966), de nacionalidad belga y sacerdote católico, fue el primer científico en exponer la teoría sobre “la expansión del Universo”, en el año de 1927, primero que Albert Einstein.

Esta teoría plantea la idea de que los elementos químicos fueron los precursores de los factores bióticos (con vida) que existen en la Tierra. Queda entonces la pregunta: ¿De dónde surgieron estos elementos químicos y cómo llegaron a la Tierra? ¿Todos los planetas están conformados por los mismos elementos? ¿Es posible la vida en otros planetas? Para resolver estos interrogantes debemos viajar atrás en el tiempo, al origen y fuente de todo lo creado.

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Las galaxias y nebulosas formadas por elementos y materia.

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En la Tabla Periódica de los elementos se ordenan los elementos en columnas y filas, de acuerdo a las similitudes químicas, físicas, al número de electrones en sus orbitales de valencia y a su naturaleza. (Brown, et al, 2009).

Trabajo y aprendo 1. En grupos de trabajo y usando un mapa conceptual, escribe sobre las diferentes evidencias científicas que explican el origen del Universo. 2. Observa el video y aprende sobre la formación de los elementos químicos en las estrellas: www.youtube.com/ watch?v=dHsoWiKf2wU. Luego desarrolle un cuestionario de preguntas con la información más relevante y organiza una plenaria para sacar sus conclusiones. 3. Dimitri Mendeléyev (1834–1907) fue un químico ruso que descubrió el ordenamiento de los elementos químicos para crear la Tabla Periódica según su masa atómica y sus características. Escribe una carilla acerca de su vida y los estudios que realizó para llegar a la creación de la Tabla Periódica.

Trabajo y aprendo Son actividades que debes realizar para que alcances el desarrollo de las destrezas, también constituyen un refuerzo y ampliación del aprendizaje. En algunas ocasiones incluye actividades que relacionan el conocimiento nuevo con el de otras disciplinas estudiadas (interdisciplinaridad ).

Aplico y verifico mis conocimientos

Aplico y verifico mis conocimientos 7. Los lípidos son compuestos necesarios para los organismos vivos. Describe cuál es su clasificación y explica cada una.

1. Escribe el significado de la sigla CHONPS. C: ...................................................... H: ...................................................... O: ......................................................

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_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 8. Completa el siguiente cuadro comparativo entre las características del ADN y el ARN.

ADN

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ARN

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3. Investiga y responde cuál es el tipo de azúcar que contienen los siguientes alimentos:

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4. Contesta: ¿Qué es una proteína? ¿Cómo se diferencia de los carbohidratos?

9. Por medio de un diagrama de barras, representa el porcentaje de los elementos químicos que se formaron durante la explosión del Big Bang. Explica cómo fue su proceso de formación.

Evaluación continua

N: ...................................................... P: ...................................................... S: ...................................................... 2. De acuerdo a tu respuesta anterior, contesta: ¿Cuál es la característica estructural de las biomoléculas orgánicas?

Aplico y verifico mis conocimientos Conjunto de actividades para aplicar lo aprendido y autoevaluarse. También propone actividades de interdisciplinaridad.

_____________________________________________________________________________________ 5. Investiga qué es la fenilcetonuria y, con ayuda del siguiente link, aprende cuáles son los edulcorantes aprobados por La FDA (Food an Drugs Administration), en EE.UU.

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Marca con una X en Alcanzado si lo haces sin apoyo, o marca en Por alcanzar si aún necesitas apoyo.

_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/007492.htm 6. Indaga en equipos de trabajo y en forma creativa realice un collage sobre los proceso de abiogénesis de las moléculas y macromoléculas orgánicas que se formaron en otros lugares del universo.

Autoevaluación Son una serie de preguntas cerradas que pueden ser respondidas de manera individual.

Autoevaluación

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Alcanzado

Por alcanzar

1. Identifico y escribo las diferentes evidencias cientificas que sustenta la Teoria de la Abiogenesis . 2. Describo como se formaron los primeros elementos del planeta Tierra. 3. Entiendo la importancia que tienen las placas tectónicas. 4. Describo las funciones de las biomoléculas.

Síntesis de lo aprendido Resume las ideas principales de los temas tratados en la unidad.

Síntesis de lo aprendido

Proyecto Es un recurso educativo para el desarrollo de múltiples destrezas relacionadas a la investigación lo que permite un acercamiento al conocimiento científico. Además, promueve el trabajo colaborativo, para ponerlo en práctica en la comunidad.

Proyecto

Los seres vivos y su ambiente 1. Teoría de la abiogénesis y origen de la vida El término abiogénesis significa la creación de la vida a partir de elementos inorgánicos. La materia que dio origen a estos factores se crearon a partir de la Gran Explosión que dio origen al Universo hace más de 13 700 millones de años.

Escojamos sanamente nuestros alimentos Objetivos • • • • •

2. Compuestos químicos de la atmósfera primitiva Los primeros elementos se crearon a partir de partículas como los protones y neutrones que chocaron unos contra otros aumentando su masa atómica. Esto sucedió después del momento de Singularidad, unos 300 000 años después de la explosión. El primer elemento formado fue el hidrógeno y partir de este átomo se fueron creando el helio, litio y los demás elementos. En la Tierra existen 92 elementos naturales y los demás son elementos sintetizados artiﬁcialmente. Los elementos fueron ordenados en la Tabla periódica de los Elementos de acuerdo al nombre o apellido de su descubridor.

Identiﬁcar las fuentes de nutrientes a partir de diferentes tipos de alimentos. Aprender los diferentes tipos de nutrientes y sus funciones en el cuerpo humano. Investigar qué tipos de alimentos son mejores de acuerdo a la edad y actividades del estudiante. Investigar el proceso de síntesis por hidrólisis y deshidratación de los compuestos orgánicos. Elaborar un informe que incluya estos objetivos, una justiﬁcación de este proyecto, los procedimientos realizados, el análisis solicitado en los procedimientos y las conclusiones aportadas por cada uno de los integrantes del grupo.

Materiales shutterstock.com

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Alimentos que se consumen diariamente en la jornada diaria de estudio. Una hoja de papel que incluya una tabla con los nombres de cada estudiante del grupo y que permita escribir los alimentos que cada a uno lleva y la descripción de los nutrientes que contienen. El libro de texto

Los compuestos orgánicos son aquellos formados especialmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, en diferentes proporciones y estructuras espaciales. Estos son los carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas. Todos los seres vivos se componen de todos o alguno de estos compuestos. Algunos otros compuestos están estrechamente ligados a las moléculas orgánicas y se denominan grupos funcionales los cuales conﬁeren características y propiedades a las moléculas orgánicas. El crecimiento, el mantenimiento, desarrollo y sobrevivencia de las especies dependen de los nutrientes nombrados anteriormente. Adicionalmente, las enzimas, vitaminas y algunos minerales (inorgánicos) son indispensables para cumplir las funciones metabólicas.

2. Cada estudiante deberá llevar al colegio tres tipos de alimentos en su lunch, sin escoger intencionalmente o previamente cuáles ha de llevar cada uno.

5. Contesta: ¿Cubren los alimentos del grupo los estándares de una dieta apta para un día de jornada, desde la mañana hasta la noche? Justiﬁquen sus respuestas y en caso dado propongan cómo planificar y mejorar sus dietas.

Conclusiones _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Evaluación integradora Heteroevaluación Actividades que miden los logros; están relacionadas con los criterios de desempeño planteados para cada bloque.

Coevaluación Resuelvan en parejas y evalúense entre compañeros. ¿Qué sucedería si no se consumen minerales y vitaminas en la dieta?

Proporciona información novedosa que despierta la curiosidad por saber algo más.

Me conecto con las TIC Uso de las tecnologías de la comunicación para profundizar los aprendizajes adquiridos.

Heteroevaluación

2. Define claramente qué son las placas tectónicas, su origen, su velocidad y de qué materiales están formadas.

Dato curioso

Presenta el significado de nuevas palabras para comprender con mayor facilidad el contenido propuesto.

3. Reunir al siguiente día todos los alimentos y dividirlos por su categoría (frutas, legumbres, tubérculos, carnes).

1. Realiza de manera escrita una descripción completa de cómo se formó la corteza terrestre a partir del enfriamiento paulatino de los grandes conglomerados de polvo estelar.

Situación concreta que está relacionada con el eje transversal y en la que puedes contribuir a su solución para mejorar la calidad de vida.

Glosario

1. Formar grupos de cuatro estudiantes.

4. Con ayuda del texto escolar, clasiﬁcar los componentes de cada uno de los alimentos llevados.

4. Biomoléculas: estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas

Buen vivir

Procedimientos

3. La Tierra primitiva y su atmósfera La Tierra primitiva, hace más de 4 500 millones, de años contenía muchos de estos compuestos y se fueron formando otros a partir de las condiciones físicas y atmosféricas del planeta a medida que se enfriaba. La Teoría de la Deriva Continental expresada por Alfred Wegener, en 1915, explica la conformación actual de la corteza terrestre y los continentes, a partir del movimiento de las placas tectónicas.

Accesorios

Criterios para evaluarse entre compañeros

Alcanzado

Por alcanzar

Leo y recuerdo Propone una retroalimentación del tema que trabajas en el bloque.

Tenía los conceptos correctos de la función de los minerales.

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Proporcionó las enfermedades originadas por falta de minerales en el cuerpo.

Aportó conocimientos claves acerca de las vitaminas.

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Buscó información pertinente acerca de vitaminas y sus funciones.

_______________________________________________________________________________________ 4. Escribe algunas características de los siguientes elementos:

Autoevaluación Hidrógeno

Marca con una X en “Alcanzado” si lo haces sin apoyo, o marca “Por alcanzar” si aún necesitas apoyo.

Criterios para autoevaluarse

Oxígeno

Alcanzado

Identificas la teoría de la abiogénesis para explicar el origen de las biomoléculas en la Tierra.

Nitrógeno Analizas porqué es tan importante consumir carbohidratos, proteínas y lípidos de manera equilibrada en la dieta diaria.

Fósforo

Identificas los minerales más importantes y sus funciones para completar los diferentes procesos metabólicos o estructurales de los organismos, tanto animales como vegetales

Azufre

Por alcanzar

Evaluación sumativa

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3. Describe el experimento realizado por Miller y Urey para tratar de explicar la formación de las biomoléculas que dieron origen a la vida.

Coevaluación Resolución de una propuesta mediante el trabajo en equipos, en el que cada estudiante debe aportar con las destrezas desarrolladas. La coevaluación se enfoca en aspectos actitudinales. Autoevaluación Son una serie de preguntas cerradas que pueden ser respondidas de manera individual.

Sabías que... Presenta información interesante e importante sobre un tema estudiado.

Índice de contenidos UNIDAD 1 “El Universo: fuente de elementos vitales” 12 12 13 14 16 16 16 17 18 18 19 20 20 21 26 27 27 28

30 32 33 33 35 36 37 38 38 39 40 40 42 43 44 45 46 47 49 50 52 53 54

Evolución de los seres vivos Teoría de la Abiogénesis y origen de la vida Origen del Universo Origen de elementos Formación de la Tierra: principios básicos Formación de la corteza terrestre Origen de la Tierra y las placas tectónicas Compuestos químicos de la atmósfera primitiva y su relación con las moléculas orgánicas de los seres vivos La Tierra primitiva Formación de las primeras moléculas orgánicas y aminoácidos Abiogénesis de moléculas orgánicas en otros lugares del universo Biomoléculas: Características, síntesis, descomposición y polímeros Biomoléculas Características de los bioelementos y biomoléculas Bioelementos macro y micronutrientes esenciales Estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas: agua, glúcidos, lípidos, enzimas, proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos Origen y función del agua Estructura molecular

El agua: protagonista biológico Grupos funcionales Estructura y función de carbohidratos Estructura de acuerdo a su tamaño Estructura y función de lípidos Origen y estructura Grasas y aceites Los ácidos grasos Omega 3 y Omega 6 Ceras Fosfolípidos Esteroides Colesterol Proteínas Estructura Enzimas Ácidos nucleicos Estructura de Ácidos nucleicos – ADN y ARN Vitaminas: pequeños motores metabólicos Avitaminosis y exceso de vitaminas Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

UNIDAD 2 “Diversidad Biológica en el Mundo” 58 Evolución de los seres vivos 58 Evidencias de la evolución biológica: registros fósiles, similitudes anatómicas, fisiológicas, químicas y distribución geográfica de las especies 58 Pangea y la tesis de Alfred Wegener 59 Interacción de las placas 59 Los fósiles hablan del pasado 60 La forma ya no es suficiente 61 Selección natural y evolución 62 Selección natural 63 Factores de la evolución 63 Adaptación de los seres vivos 64 Aislamiento y endemismo 65 Migración 67 Biomas y su biodiversidad 67 Biorregiones y placas tectónicas 67 Interacción entre las placas 68 Relación entre el movimiento de las placas y la distribución de los organismos vivos 69 Biomas y ecosistemas 70 Tundra 70 Taiga 71 Bosque templado caducifolio 72 Pastizales 72 Chaparral

73 74 74 75 81 82 84 85 86 89 91 92 92 94 94 95 96 96 98 100 101 102

Desiertos Sabana Selva tropical Biomas marinos y acuáticos Importancia de la biodiversidad para los seres vivos Actividades que afectan los sistemas globales y biodiversidad El Ecuador y su ubicación El Ecuador y su patrimonio natural Áreas y parques Estrategias y políticas nacionales e internacionales de conservación de la biodiversidad y mitigación de problemas ambientales El Yasuní: retos sustentables Tipos de diversidad biológica Diversidad genética Mutaciones Diversidad de especies Diversidad ecológica o de ecosistemas Diversidad biológica y proceso evolutivo Biodiversidad en el tiempo Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

UNIDAD 3 “La Célula: fuente esencial de la vida” 106 106 107 107 108 109 111 111 112 113 114 117 118 118 118 119 120 121

Biología celular y molecular Células procariotas y eucariotas Teoría celular Células procariotas Organismos eucariotas Teoría de la endosimbiosis Organización celular animal y vegetal Antecedentes Niveles de organización biológica Nomenclatura Célula animal y vegetal Composición de la membrana Transporte a través de la membrana Transporte pasivo Ósmosis Difusión facilitada Transporte activo Funciones específicas de las enzimas y factores que

124 124 124 125 125 126 128 130 131 132

afectan su función Complejo llave-cerradura y ajuste inducido Otras funciones de las enzimas Moléculas acompañantes Factores que alteran la acción enzimática Procesos metabólicos de la fotosíntesis y la respiración celular Catabolismo Anabolismo Fotosíntesis y flujo de energía Fotosíntesis (fase luminosa – fase oscura) Fase luminosa Fase oscura Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

149 149 151 152 155 156 158 160 161 162

desórdenes alimenticios: diabetes, obesidad, anemia, anorexia y bulimia Causas de las enfermedades metabólicas Desnutrición Obesidad Bulimia y anorexia Diabetes Contrastes mundiales: Obesidad vs hambre Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

121 121 122 122 123

UNIDAD 4 “Dinámica del crecimiento” 136 136 136 137 138 142 144 146 147

Cuerpo humano y salud Sistema digestivo y excretor Sistema digestivo Ingestión Digestión Sistema excretor Relaciones funcionales Alimentación balanceada Valor nutricional de los alimentos según la composición de sus biomoléculas 148 Causas de la desnutrición 149 Enfermedades, disfunciones nutricionales y

UNIDAD 5 “El enigma del hombre” 166 Biología en acción 166 Sustentos teóricos del origen de la vida 167 Primeros intentos: creacionismo y generación espontánea 171 Teoría de la evolución por selección natural y la teoría sintética de la evolución 172 Darwin y los pinzones de Galápagos 174 Desde Mendel hasta Watson y Crick 175 Teoría sintética de la evolución: evidencia unificadora 177 Ejemplos de selección artificial 177 Domesticación del maíz y animales como el perro

180 181 182 184 186 188 189 190

Desarrollo de procesos y tecnologías en agricultura y medicina Escasez de alimentos y medio ambiente Avances científicos e ingeniería genética en agricultura Ingeniería genética aplicada a la medicina Aplicaciones en la alimentación y la nutrición Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

200 201 201 202 204 205 206 208 216

Comunicación científica Investigación y desarrollo Yo también puedo investigar Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa Solucionario Bibliografía

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UNIDAD 6 “El sendero hacia la ciencia” 194 194 195 196 196 196 197 198 199

Metodología del conocimiento Orígenes de la ciencia Los primeros curanderos De la observación a la duda De la duda a las premisas Experimentación y azar Del saber empírico a las leyes Del saber teórico a las leyes Los pasos del Método Científico

Evaluación diagnóstica 1. Escribe el concepto de materia y energía. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

2. Observa la estructura de un átomo y escribe el nombre de las partículas subatómicas con sus respectivas cargas eléctricas.

3. Marca con una (X) dentro del paréntesis la opción correcta. 3.1 En el Universo, el primero y el más abundante elemento que se creó en una fracción de segundo después de la Gran Explosión del Big Bang es el: A) oxígeno (___) B) helio (___) C) hidrógeno (___) 3.2 La Teoría de la Deriva Continental, propuesta por Alfred Wegener, en 1915, sostiene que los continentes estuvieron unidos en uno solo llamado: A) Pangea B) Litosférico C) Astenósfera

(___) (___) (___)

3.3 El primero en proponer la Teoría del Origen de la Vida a partir de factores sin vida fue: A) Aristóteles B) Alexander Oparin 8

(___) (___)

4. Observa el mapa y ubica las bioregiones del planeta Tierra.

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5. Con las palabras claves redacta el ciclo del agua en la naturaleza y escribe su importancia.

PALABRAS CLAVES: Sol, agua, nubes, vapor de agua y precipitaciĂłn.

6. Identifica y escribe los nombres de las tres partes principales de la cĂŠlula:

El Universo: fuente de elementos vitales

Me conecto con las TIC Lectura de imágenes Contesta: • ¿Podrías decir qué elementos componen el universo? • ¿Cómo crees que se formaron estos elementos? • ¿Por qué es importante conocer cómo se formó el universo?

Ingresa a la siguiente página de Internet y amplía tus conocimientos acerca de las supernovas: https:// www.youtube.com/ watch?v=Irb2QbYhZh0.

Mapa de conocimientos • • • • •

Teoría de la Abiogénesis y origen de la vida Compuestos químicos de la atmósfera primitiva y su relación con las moléculas orgánicas de los seres vivos Abiogénesis de moléculas orgánicas en otros lugares del Universo Biomoléculas: características, síntesis, descomposición y polímeros Estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas: agua, glúcidos, lípidos, enzimas, proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos shutterstock

DCCD: 1.1 Indagar y analizar la teoría de la abiogénesis que explica el origen de la vida e interpretar las distintas evidencias científicas. 1.2 Identificar los elementos y compuestos químicos de la atmósfera de la Tierra primitiva, y relacionarlos con la formación abiogénica de las moléculas orgánicas que forman parte de la materia viva. 1.3. Indagar los procesos de la abiogénesis de las moléculas y macromoléculas orgánicas en otros lugares del universo, formular hipótesis sobre las teorías de diversos científicos, y comunicar los resultados. 1.4 Describir y comparar las características básicas de las biomoléculas a partir de sus procesos de síntesis y diversidad de polímeros. 1.5 Usar modelos y describir la estructura, diversidad y función de las biomoléculas que constituyen la materia viva, y experimentar con procedimientos sencillos.

Evolución de los seres vivos Exploremos los conocimientos En equipo: 1. Observa las imágenes y contesta: a. ¿Qué ingredientes lleva tu caldo favorito? b. ¿Por qué es importante conocer las sustancias con las cuales se prepara este alimento? c. ¿Cuáles son los elementos químicos que surgieron a partir de la formación del caldo primitivo de la Tierra? d. ¿Consideras que la vida puede surgir a partir de factores sin vida? Argumenta tu respuesta. 2. Socializa las respuestas con tus compañeros.

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Construyo mis conocimientos

Teoría de la Abiogénesis y origen de la vida Desequilibrio Cognitivo Si los elementos se forman en el universo, ¿Todos los planetas tienen la misma materia?

El término abiogénesis significa la creación de vida a partir de la “no-vida”. El prefijo griego - a - quiere decir sin o ausencia. Por ejemplo, acéfalo quiere decir - sin cabeza-, o anormal, sin normalidad o carente de normalidad. Abiótico significa entonces: sin vida. Abiogénesis sería entonces: creación (génesis) de vida a partir de factores sin vida. Esta teoría plantea la idea de que los elementos químicos fueron los precursores de los factores bióticos (con vida) que existen en la Tierra. Surge entonces la pregunta: ¿De dónde surgieron estos elementos químicos y cómo llegaron a la Tierra? ¿Todos los planetas están conformados por los mismos elementos? ¿Es posible la vida en otros planetas? Para resolver estos interrogantes debemos viajar atrás en el tiempo, al origen y fuente de todo lo creado.

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Fig. 1. Las galaxias y nebulosas están formadas por elementos y materia.

Origen del Universo

Fig. 2

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Fig. 3

cdn.phys.org

Fig. 2 y 3. Primera Gran Explosión y fracciones de segundos después, tiene lugar la formación de elementos creadores de polvo estelar fuente de estrellas, galaxias y planetas.

En algún punto de la “Nada”, con una densidad inimaginable, una gran explosión ilumina un espacio que se crea fracciones de segundos después de la explosión. Ese punto donde no existía ni tiempo ni espacio se denomina, Singularidad, en lenguaje científico, cuando se habla del origen del universo. Con el estudio de las microondas cósmicas (radiación cósmica remanente del Big Bang) se pudo medir la edad del Universo: 13 700 millones de años.

Glosario Singularidad: es un espacio que no admite medidas de magnitud físicas como la curvatura de tiempo o espacio.

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Fig. 4. Los elementos químicos se formaron después de la explosión y formaron las nubes de polvo en el espacio, que darían origen a multitud de planetas, planetoides y estrellas.

Unos 300 000 años aproximadamente después del fenómeno de explosión tiene lugar la creación de elementos químicos debido a la interacción entre protones y electrones, conformando así uno de los primeros y más abundantes elementos del universo: el hidrógeno. Cuando el universo empieza a enfriarse, la fuerza de la gravedad causa la agrupación de diversos elementos ya formados, agrupándolos en inmensas nubes de polvo estelar, dando paso al nacimiento de estrellas y a nuevos elementos químicos como el carbono, helio y silicio. Estos elementos fueron formándose debido al choque entre los átomo de hidrógeno originales, creando así la unión de diversas partículas que conformarán los elementos. Podremos llamar entonces a las estrellas y la masa de polvo que las rodea, como el origen de la materia en el Universo. 13

Dato curioso A partir del Big Bang se crearon el tiempo, el espacio y la materia conocida. Antes de ello, había literalmente, la “nada”. Partículas atómicas y elementos fueron creados a partir de la Gran Explosión.

Buen vivir Cuidar el planeta hace parte de mantener el ciclo de los elementos que una y otra vez recirculan para la formación y utilización de compuestos necesarios para la sustentación de la vida.

Las primeras estrellas que explotaron por la densidad de sus núcleos, arrojaron a su vez una gran cantidad de nuevos elementos al espacio en formación. Actualmente, muchas nubes de polvo estelar siguen siendo consideradas como fuente para la formación de estrellas y planetas en un futuro lejano.

Origen de elementos Los elementos se crearon una fracción de segundo después de la Gran Explosión. En los primeros años del universo, aproximadamente 300 000 años, a medida que el universo se enfriaba, las primeras partículas, los neutrones y protones, fueron uniéndose hasta formar masas más pesadas y configurar el primer elemento conocido, el hidrógeno, cuyo número atómico es 1 y su masa consiste en un protón y un neutrón (1n + 1p), es de 1.00794.

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Fig. 5. Los elementos se crearon una fracción de segundo después de la Gran Explosión.

A medida que las partículas fueron colisionando y por las grandes temperaturas existentes (aunque en proceso de enfriamiento), se fueron creando otros elementos, de acuerdo al aumento de su masa atómica. Es así, que el segundo elemento de la Tabla Periódica es el helio (2p + 2n) cuyo número atómico por tanto es 2. Pero su masa o peso atómico es de 4.002. Si continuamos viendo la tabla, veremos que el siguiente elemento que se formó fue el litio (número 3), con 3p y 3n en su núcleo y cuya masa o peso atómico es de 6.941, y así sucesivamente, hasta conformar todos los elementos conocidos.

Me conecto con las TIC Amplía tus saberes con el siguiente video de YouTube: El origen del Universo: el Big Bang, en: www.youtube.com/ watch?v=uQZWTD_WV-A

Asimismo, el ordenamiento de los elementos también corresponde a la similitud de propiedades de un grupo. Por ello, los grupos de una misma columna, tienen mayores similitudes o características químicas. Diferentes autores presentan la tabla con un número diverso de elementos. En general, la mayoría coincide en que los elementos naturales, encontrados en la Tierra son 92 y los otros son elementos sintetizados artificialmente. De acuerdo a Brown, LeMay, Bursten y Murphy (2009), se presentan 117 elementos de los cuales están registrados con nombre hasta el elemento 111 y puede ser que hasta la fecha algunos de ellos ya tengan un nombre adjudicado, dependiendo de quién lo sintetizó o quién lo descubrió o en homenaje a algún científico, (por ejemplo: Einstenio o Rutherfordio, por Albert Einstein y Rutherford).

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Tabla 1. Tabla periódica de los elementos En la Tabla Periódica de los elementos se ordenan los elementos en columnas y filas, de acuerdo a las similitudes químicas, físicas, al número de electrones en sus orbitales de valencia y a su naturaleza (Brown et al., 2009).

Trabajo y aprendo 1. En grupos de trabajo, elaboren un mapa conceptual y escribe sobre las diferentes evidencias científicas que explican el origen del universo. 2. Observa el video y aprende sobre la formación de los elementos químicos en las estrellas: www.youtube. com/watch?v=dHsoWiKf2wU. Identifica las ideas más relevante y organiza una plenaria para sacar sus conclusiones. 3. Dimitri Mendeléyev (1834–1907) fue un químico ruso que descubrió el ordenamiento de los elementos químicos para crear la Tabla Periódica según su masa atómica y sus características. Escribe una carilla acerca de su vida y los estudios que realizó para llegar a la creación de la Tabla Periódica.

Me conecto con las TIC En el siguiente video podrás ver el desplazamiento de los continentes: www.youtube.com/ watch?v=a_olP0pVzAU

Formación de la Tierra: principios básicos Para entender claramente cómo la Tierra contiene los elementos encontrados, 92 naturales, veremos un poco el origen de nuestro planeta. Después del Big Bang, hace 13 700 millones de años, las nubes de polvo, estrellas nuevas, estrellas que explotaron y elementos químicos fueron lanzados al espacio en formación y, por efecto de la gravedad, fueron creándose diferentes masas incandescentes que giraban en el espacio. A medida que se fueron enfriando paulatinamente, la superficie de estas masas fueron solidificándose formando capas sólidas externas o cortezas. En el caso del planeta Tierra, este proceso ocurrió hace 4500 millones de años.

Leo y recuerdo

Formación de la corteza terrestre

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Zonas del cinturón de Fuego El cinturón de Fuego del Pacífico es una zona de alto riesgo de sismos y actividad volcánica, pues allí se encuentran las zonas de subducción más grandes del planeta. Ecuador, Chile, Argentina, Colombia, Costa Rica, Rusia, Taiwán, Japón e Indonesia son algunos países que se ven afectados por sismos de gran magnitud.

La corteza terrestre se forma entonces a partir del enfriamiento paulatino de este conglomerado de polvo estelar denso, y cuyas partículas más pesadas (níquel y hierro) se decantan hacia el centro por la gravedad, conformando lo que será el núcleo de la Tierra. Las partes más cercanas al núcleo serán y siguen siendo hasta hoy, una capa líquida de roca fundida a temperaturas muy altas, llamada astenósfera. Los elementos que conformaron la masa, que al enfriarse formó el planeta Tierra, están presentes desde entonces. Su origen es el Big Bang, su distribución en el planeta incipiente, de acuerdo a la gravedad. Los elementos que no hayan formado parte del planeta desde entonces, es muy probable que hayan sido incorporados debido a meteoritos que chocaron con el planeta en formación o después de ella.

Origen de la Tierra y las placas tectónicas Aunque la corteza terrestre se ha conformado desde hace millones de años por el enfriamiento del planeta, ha sufrido diversos cambios en el relieve, afectando la vida y evolución de las especies. En el interior del planeta, existe un ambiente incandescente y fluido formado por material ígneo y roca fundida, mientras que en la superficie se formaron los continentes y el lecho marino, como se ve en la figura 6.

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Fig. 6. Placas tectónicas del planeta. Observa las placas en el planeta, con las grietas por donde sale calor y material ígneo en el lecho marino.

El material ígneo sale a la superficie a través de los volcanes cuando la presión y el calor internos llegan a expresiones muy altas. En el lecho marino también ocurren estas explosiones de lava, dando lugar a formaciones volcánicas como es el caso de las Islas Galápagos.

Las placas tectónicas son grandes extensiones de material litosférico que aunque son sólidas, se mueven sobre un manto fluido de roca fundida llamado astenósfera. Se mueven a velocidades muy lentas de hasta 2.5 cm /año y cambian de posición dando lugar a terremotos, sismos y modificaciones en el relieve. Las placas tectónicas se formaron cuando la Tierra se enfrió quedando en la superficie una gran área sólida que luego derivo en los continentes actuales, hace 270 millones de años. Observa las placas tectónicas de la figura 7.

PLACA EUROASIÁTICA

PLACA NORTEAMERICANA

PLACA FILIPINA

PLACA AFRICANA

PLACA PACÍFICA

PLACA SUDAMERICANA PLACA DE NAZCA

PL OAU ACA STR ALIA

IND

PLACA ANTÁRTICA

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Fig. 7. Distribución de placas principales en el planeta.

La teoría de la Deriva Continental propuesta por Alfred Wegener, en 1915, dice que los continentes estuvieron unidos en uno sólo llamado Pangea, y que por el movimiento de las placas tectónicas se separaron formando los continentes como los conocemos actualmente. Esta teoría sólo pudo ser comprobada en 1960, debido a la tecnología y sus avances, la cual permitió confirmar la correlación que existe entre los continentes y que alguna vez estuvieron unidos. El caso más evidente es Suramérica con África cuyos bordes calzan como rompecabezas. Otra prueba encontrada es la relación entre especies de uno u otro continente que reflejan parentescos genéticos a pesar de estar en diferentes continentes; pruebas geográficas que indican la correspondencia de fallas geográficas como grandes cadenas montañosas en diferentes continentes.

Compuestos químicos de la atmósfera primitiva y su relación con las moléculas orgánicas de los seres vivos La historia de la formación de la Tierra y del universo está entonces fundamentada en la teoría de la Abiogénesis, teniendo en cuenta que los elementos creados después del Big Bang, y que pasaron a formar parte de grandes nubes de polvo estelar, hicieron parte de la estructura química de la corteza terrestre (litósfera), la hidrósfera y la atmósfera, y evolutivamente, de los seres vivos. Asimismo, el interior del planeta aporta desde entonces y hasta la actualidad, materiales, elementos, compuestos y gases cuando los volcanes del fondo oceánico o en la superficie, entran en erupción. Los elementos más pesados formaron parte de las capas más internas del planeta, debido a la gravedad, y los más livianos pasaron a constituir las capas más superficiales. 17

Leo y recuerdo

Erupción del volcán Wolf, Galápagos, finales de mayo de 2015, que puso en riesgo a la población animal y vegetal de la isla.

Buen vivir Discute en familia y en tu colegio si tienen un plan de acción en caso de terremoto. ¿Qué precauciones hay que tener antes, durante y después de un sismo fuerte?

La Tierra primitiva La atmósfera desde Oparin y Haldane hasta Miller y Urey Desequilibrio Cognitivo ¿Si los rayos ayudaran a crear la vida en el planeta primitivo, cuando cae un rayo sobre la superficie ¿se crea vida en la tierra?

El panorama hace 4 500 millones de años se muestra entonces como un planeta incipiente, con compuestos químicos en forma de gases, especialmente hidrógeno y helio, y materiales fundidos, hasta que las temperaturas muy altas fueron descendiendo paulatinamente. La condensación de estos gases permitió la precipitación y formación de agua y de grandes océanos, que además recibían agua de cometas que se estrellaron algún día en la tierra.

Me conecto con las TIC Para visualizar el experimento de Miller, ingresa a: www.youtube.com/ watch?v=w9kiP7knmdg, presentado por The History Channel. shutterstock

Fig. 8. La atmósfera primitiva de la Tierra altamente reductora con gases de metano y sulfuros.

Dato curioso

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En mayo de 2014, aterrizó una sonda espacial en un cometa. La NASA y la AGENCIA EUROPEA ESPACIAL, crearon la misión Rosetta para analizar el núcleo y los componentes químicos dentro de él. Infórmate más entrando al siguiente link: Rosetta/NASA.

Según Alexander Oparin (1894 - 1980), biólogo y bioquímico ruso, la atmósfera primitiva con grandes cantidades de hidrógeno era una atmósfera reductora, es decir, sin oxígeno presente. La capacidad química de un elemento o sustancia reductora hace referencia a la capacidad de la misma para ceder electrones. Con apoyo de otro científico británico, John Scott Haldane (1860-1936), propusieron que la atmósfera primitiva también tenía presencia de otros gases reductores como el amonio (NH3), el metano (CH4) y vapor de agua. Este oxígeno presente en la molécula de agua no estaba libre, por lo cual no tenía propiedades oxidativas (capacidad de recibir electrones). En 1953, Stanley Miller (1930 – 2007) y Harold Urey (1893 – 1981), realizaron el primer experimento para comprobar la hipótesis propuesta por sus colegas.

Formación de las primeras moléculas orgánicas y aminoácidos Miller y Urey realizaron un experimento para imitar las condiciones de la atmósfera primitiva y entender el proceso de creación de los primeros compuestos orgánicos a partir de elementos inorgánicos. El ensayo consistió en hervir agua destilada (pura) en un matraz junto a gases reductores como amoniaco, metano y dióxido de carbono. El sistema proveía vapor de agua y mediante una serie de condensaciones repetitivas se analizó el producto obtenido. Además, esta mezcla se expuso a radiaciones eléctricas, para simular los rayos de la atmósfera primitiva, cargada de partículas con cargas eléctricas. Sorprendentemente, al analizar el líquido después de algunos días, se observó la formación de varios aminoácidos y otros compuestos en el agua tales como: alanina, glicina, ác. propiónico, ác. glutamínico, urea y ác. acético, entre otros. 18

Abiogénesis de moléculas orgánicas en otros lugares del universo Varios científicos difieren de la teoría de Oparín y Haldane de su atmósfera totalmente reductora, proponiendo que sí había oxígeno procedente de la disociación de la molécula de agua debido a los rayos ultravioletas del Sol, pues no existía el ozono como capa protectora. Siendo así, la formación de productos orgánicos en presencia de oxígeno también era probable.

Formación de biomoléculas en la nube planetaria Las biomoléculas son aquellos compuestos que hacen parte de la estructura de los seres vivos. Con diferencia en sus proporciones, los elementos químicos básicos que conforman la vida son cinco: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (CHONPS). Otra propuesta aceptada de su formación inicial, es el aporte de moléculas orgánicas procedentes de meteoritos y cometas cuando se estrellaron contra una Tierra en formación, inestable y primitiva. Esta propuesta está fundamentada científicamente por los análisis químicos que se han hecho a estos cuerpos caídos desde el espacio.

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Fig. 9. Las primeras moléculas orgánicas se formaron mediante diversas reacciones químicas entre elementos y compuestos inorgánicos.

La composición de los cometas también ha aportado a esta hipótesis puesto que estos, aunque su estructura en gran porcentaje es de agua, el dióxido de carbón, el monóxido de carbono, metano, sulfuros y amoniaco eran componentes presentes y que debido a la interrelación y reacción química entre los elementos y compuestos primigenios pudieron dar origen a las biomoléculas.

Trabajo y aprendo En tu cuaderno de trabajo contesta: 1. Argumenta tu respuesta sobre el siguiente dilema: ¿Es posible la vida en otros planetas? 2. Navega en Internet, investiga, y realiza un escrito de una o dos carillas acerca de la Falla de San Andrés, puede guiarse con estas preguntas: ¿Qué es la falla de San Andrés? ¿Cómo y cuándo se formó? 3. ¿Qué precauciones deberían tomar las personas que viven en sitios cercanos a volcanes o lugares con alta actividad sísmica? Puedes encontrar información para tu investigación en las siguientes páginas: • YouTube: Falla de San Andrés: BIG ONE/San Andreas Fault: Big one [IGEO.TV] • Discovery Channel: La falla de San Andrés (terremoto), documental.

Biomoléculas: Características, síntesis, descomposición y polímeros Biomoléculas Todos los seres vivos comparten características que los sitúan en esa categoría: estar vivos. Repasemos las más importantes: 1. Los seres vivos tienen una estructura básica conformada por una unidad básica de vida que permite los procesos, el desarrollo y la sustentación de la vida. Esta unidad se denomina, célula. Se aceptan como componentes básicos la membrana celular, el núcleo y el citoplasma con sus organelos. 2. Los organismos presentan un crecimiento que puede ser rápido o gradual a partir del número y tamaño de sus células, del ciclo de vida y de la especie.

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Fig. 10. La adaptación de las medusas para nadar permanentemente las ha dotado de un cuerpo muy frágil, compuesto por 95% de agua. Observamos la especie Aurelia aurita.

3. Para poder ejercer las acciones de crecimiento, los organismos necesitan procesos de obtención de energía y síntesis de materia para lo cual tienen lugar diversas reacciones químicas. El conjunto de todas estas reacciones en un organismo, se denomina metabolismo.

Desequilibrio Cognitivo ¿Si todos los organismos vivos tienen en general los mismo elementos, por qué no somos todos iguales?

Glosario Nicho: los nichos ecológicos se refieren a la función que ejercen los diferentes organismos en los ecosistemas. Homeostasis: Es la capacidad de los organismos de mantener el equilibrio de sus funciones internas con el medio externo que los rodea. También puede referirse al balance de las relaciones y funciones biológicas internas del individuo.

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Fig. 11. Las células provienen de otras células preexistentes, según Teoría Celular de Schleiden, Schwann y Virchow.

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Fig. 12. Primeras divisiones celulares de un óvulo fecundado (blástula). Cada célula proviene de una división de otra célula anterior.

4. Una de las máximas de los organismos vivos, dadas por la Teoría Celular Moderna, es que las células provienen de otras células preexistentes, lo cual nos lleva necesariamente a la reproducción, proceso indispensable para generar nuevos individuos y mantener las poblaciones al traspasar la información genética de los progenitores a sus descendientes. 5. El ambiente, los hábitats y los nichos ecológicos transforman, afectan y modifican las funciones y las formas de los diferentes estilos de vida y las características de cada especie. El ambiente cambiante, dependiendo de factores externos como el clima, la humedad, la temperatura, la oferta de comida, etc., obliga a modificaciones internas de las especies, lo cual les confiere la habilidad de adaptación. Las especies con capacidades mayores de adaptabilidad, permanecerán más tiempo y en mejores condiciones que aquellas que no logren transformaciones fisiológicas, funcionales y estructurales para afrontar los cambios. 20

6. La anterior capacidad o habilidad de cambio, va de la mano con los procesos internos que deben equilibrar las modificaciones en todas las funciones del organismo vivo, ya sea por cambios externos, internos, momentáneos o en el tiempo. Estos procesos de balances biológicos y químicos se denominan homeostasis y su finalidad es mantener el medio interno del organismo en valores constantes.

Características de los bioelementos y biomoléculas Las características de los seres vivos, mencionadas anteriormente, (numerales del 1-6), definen entonces como diferenciar un organismo vivo de algo que no lo está o es inerte. Ahora, para poder cumplir con esos requisitos, los organismos deben estar compuestos por materia y a su vez por elementos que permitan la vida. En este grupo encontramos los elementos inorgánicos y elementos orgánicos, es decir las biomoléculas. Básicamente, definiremos los bioelementos y compuestos orgánicos como aquellos que sirven como bases biológicas y químicas para las funciones de los seres vivos. Químicamente, las biomoléculas (unión de dos a más elementos) comparten una característica muy importante: tienen el elemento carbono (C), en sus estructuras químicas. Los organismos vivos están compuestos por carbono y adicionalmente siempre encontraremos asociados a este elemento algunos imprescindibles como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno; el fósforo y el azufre en diversas proporciones. Se les ha identificado con la sigla CHONPS, debido a la importancia que tienen para la vida. Un séptimo componente de este grupo de elementos es el agua. Aunque no tiene carbono en su estructura, en cuanto a su función se le da un puesto importante, sin el cual las biomoléculas y los seres vivos no podrían cumplir sus funciones.

Carbono Es el elemento número 6 en la Tabla Periódica. Su peso atómico es 12.0107. Es sólido a temperatura ambiente y sus dos formas físicas diferentes o alotrópicas son el grafito y el diamante (fig 13.). Es el principal elemento de los organismos vivos. Su configuración electrónica es de una gran versatilidad puesto que sus cuatro electrones de valencia (último nivel), le permiten reaccionar con muchos elementos y moléculas. Esta misma característica le confiere la habilidad de formar cadenas en forma lineal, ramificada o en forma de anillos. En cuanto a los tipos de enlaces, podemos decir que forma diversos compuestos con enlaces sencillos (-CH2-CH2-) o dobles (-CH2=CH2-) aumentando el número de formación de moléculas y compuestas en mayor número que otros elementos. Los enlaces dobles y covalentes le confieren una gran estabilidad y puede formar compuestos tanto con elementos metálicos como no metálicos.

Leo y recuerdo La atmósfera de la Tierra está conformada por un conjunto de gases en diferentes proporciones. Esta mezcla está compuesta por nitrógeno, oxígeno, y otros gases en cantidades muy pequeñas.

Me conecto con las TIC Revisa el siguiente link para aprender acerca de las proporciones reales de cada gas en la atmósfera que respiras. www.ambientum.com/…/ atmosfera/Composiciónde-la-atmosfera.asp

Interdisciplinaridad En tu cuaderno escribe las ideas principales que destacó el video y las proporciones de cada gas que existe en la atmósfera.

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Fig. 13. Carbón y diamante, dos formas del carbono. El diamante, es el producto de carbón sometido a presiones extremadamente altas.

Hidrógeno Es el primer elemento formado desde el Big Bang, el de mayor cantidad en el universo (74%), y forma parte de la atmósfera de la Tierra. Es componente esencial del Sol, otras estrellas y del polvo estelar, por lo tanto, es el primer elemento de la Tabla Periódica con un peso atómico de 1.00794. Tiene un protón, un neutrón y un electrón de valencia. Naturalmente, es muy difícil encontrar un solo átomo de hidrógeno en la naturaleza, pues la primera opción de unión con otro elemento debido a su único electrón, es otro átomo de hidrógeno. Debido a ello su nomenclatura química, por lo general se escribe como H2. Muchos compuestos orgánicos tienen hidrógeno en su estructura y forma el compuesto fundamental para el desarrollo y sustentación de la vida, el agua. Formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. shutterstock

Fig. 14. El hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, forma parte de galaxias, estrellas y polvo estelar que a su vez será parte de nuevas estrellas.

Conforma la estructura de alcanos (compuestos básicos orgánicos) formando cadenas de carbono e hidrógeno (hidrocarburos) y a partir de los cuales se forman otros compuestos vitales.

Oxígeno El oxígeno es un elemento gaseoso, ubicado en el puesto ocho de la Tabla Periódica. Su peso es de 15.9994 y se encuentra en forma diatómica, al igual que el hidrógeno, por lo cual se escribe como O2. Este gas es incoloro, inodoro e insípido y forma más del 60% de los organismos vivos. Es indispensable para los organismos que necesitan oxígeno para su supervivencia, estos son, los organismos aerobios. Producto de desecho del proceso de fotosíntesis y cuyo objetivo es la síntesis de glucosa. Otro compuesto indispensable para la sobrevivencia de los organismos vivos en el planeta Tierra es el ozono, cuya configuración química es la unión de tres átomos de oxígeno, O3. shutterstock

Fig. 15. Oxígeno: el mayor gas producto de la fotosíntesis, necesario para todos los organismos aerobios y formación de moléculas orgánicas.

La capa de ozono protege de los rayos ultravioleta (UV), rayos que llegan al planeta desde el Sol.

Nitrógeno Este elemento está ubicado en el puesto siete en la Tabla Periódica, con un peso de 14.0067. También se encuentra en forma diatómico, N2, y es el mayor constituyente de la atmósfera terrestre con un 78%. Este gas es tóxico y sólo puede ser absorbido directamente por las algas y por las plantas leguminosas, siendo los primeros escalones en el ciclo de este elemento. Es componente indispensable en la formación de ácidos nucleicos como el ADN y el ARN y es componente esencial de los aminoácidos, monómeros formadores de todas las proteínas.

Me conecto con las TIC Ciclo biogeoquímico del N2: youtube.com/watch? autoplay=5Afo3sHyw5c Ciclo biogeoquímico del C: www.youtube.com/ watch?v=u6dhBw_f7Oc Ciclo biogeoquímico del P: www.youtube.com/ watch?v=9NFUMMC-o4o ¡Dibújalos en tu cuaderno!

Dato curioso El arsénico es un elemento muy tóxico y mortal para los organismos vivos. En la Edad Media fue el veneno más utilizado para asesinar a reyes, nobles y enemigos del Estado.

Interdisciplinaridad shutterstock

Investiga de qué manera se utiliza el nitrógeno, el fosfato y el potasio en agricultura.

Fig. 16. El N2 es el componente esencial de suelos bien nutridos necesario para cosechas saludables.

El nitrógeno hace parte del amoniaco, nitritos y nitratos, componentes que miden el buen estado de ambientes acuáticos como lagos, embalses y mares. Asimismo, la fertilidad de los campos agrícolas depende mucho del contenido de estos compuestos en los suelos, por lo cual los fertilizantes a base de amonios son utilizados a nivel mundial para la obtención de cosechas abundantes (figura 16). Este elemento cumple un ciclo completo que inicia cuando se fija del aire por las leguminosas y microalgas, para ser utilizado en forma de nitrato por otros organismos. Vuelve a la atmósfera por la descomposición de proteínas al morir los seres vivos.

Me conecto con las TIC Ciclos biogeoquímicos de P y S. Revisa con detalle los videos que encontrarás siguiendo los links: www.youtube.com/watch? v=FBexJ1l50h&autoplay=1 www.youtube.com/watch ?v=9NFUMMC-o4o

Fósforo Leo y recuerdo El azufre es un elemento de origen volcánico y sus gases son tóxicos para la mayoría de los organismos vivos. Sin embargo, se han encontrado organismos que se han adaptado a este elemento en las fumarolas de volcanes del fondo del mar, tales como gusanos de tubo gigantes y algunos camarones. shutterstock

Interdisciplinaridad Investiga cuál es el uso del fósforo en la industria química y realiza una lista de cómo prevenir el envenenamiento por fósforo blanco. Preséntalo en tu comunidad.

Fig. 17. Alimentos como el pescado, los lácteos y las carnes son buenas fuentes de fósforo.

Está en el puesto 15 en la Tabla Periódica con un peso atómico de 30.9737. Se simboliza con la letra P. No se encuentra en forma natural en el planeta, sino en compuestos inorgánicos como fosfatos y cuyas fuentes son las rocas y areniscas, que sometidas a los procesos de erosión por vientos y lluvias, es incorporado al agua de ríos o al suelo, pasando a ser parte de la cadena trófica.

Este elemento se oxida muy rápidamente y aunque su forma compuesta es de color blanco, en su forma pura es fosforescente y su olor es muy desagradable. La mayor importancia biológica es hacer parte de la estructura del ADN, el ARN, y de la molécula energética por excelencia, el ATP (adenosintrifosfato). También forma la estructura de huesos y dientes en los organismos animales y hace parte de los mecanismos energéticos durante las reacciones metabólicas. Es un componente muy importante en productos agrícolas, pues es esencial para el crecimiento de cosechas. Se utiliza como fertilizante en forma de Súper Fosfato Triple. Observa en la figura 17, los alimentos que contienen fósforo.

Azufre Ocupa el puesto 16 en la Tabla periódica, y su peso es 32.065. Su símbolo es S. Su principal fuente son los productos procedentes de las emanaciones volcánicas, aguas termales y la descomposición de proteínas. Tiene un olor característico a huevo podrido debido al ácido sulfhídrico (H2S). Conforma estructuras de proteínas haciendo parte de los enlaces disulfuro, que da las propiedades de algunas proteínas cuaternarias. En procesos energéticos como el Ciclo de Krebs, el azufre es parte de la Coenzima A. shutterstock

Fig. 18. El azufre en su estado natural es un polvo amarillo y una fuente son volcanes que emanan gases azufrosos.

Se pueden fabricar compuestos como el ácido sulfúrico que se usa en la industria vulcanizadora (fabricación de materiales de caucho), y sulfatos (fertilizantes). Sin embargo, en aspectos ambientales, la formación de sulfuros de hidrógeno, es parte de la lluvia ácida, la cual afecta los tejidos de las plantas y la piel de animales. El desgaste en estructuras construidas (edificios, casas, carreteras, puentes, etc.), es tangible pues son carcomidas por este ácido. Al igual que los elementos anteriores, el azufre también cumple un ciclo que permite la recirculación en el planeta. Otros bioelementos funcionales indispensables para el desarrollo óptimo de los organismos son: shutterstock

Sodio: equilibra la cantidad de agua en el organismo, mantiene la presión sanguínea y el sistema nervioso. Componente de la sal, debe regularse su consumo.

Piscina termal formada por compuestos azufrosos en el parque Yellowstone, en EE.UU.

Potasio: balance de nutrientes y desechos en la célula, actúa sobre el sistema circulatorio. Previene los calambres.

Buen vivir

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Hierro: indispensable en el transporte de oxígeno y parte de componentes enzimáticos. Fuente: carnes rojas y vegetales muy verdes. shutterstock

Calcio: base de huesos y dientes, ayuda en la coagulación sanguínea y el sistema nervioso. Fuente: lácteos y algunos vegetales. shutterstock

Yodo: síntesis de hormonas de la tiroides y equilibrio del sistema nervioso. Interviene en el crecimiento. Los rábanos son ricos en yodo. shutterstock

Gráfico 1. Minerales fundamentales para el funcionamieno del metabolismo.

Trabajo y aprendo En grupos de trabajo investiga el ciclo del carbono y contesta en tu cuaderno de trabajo: 1. Describe con tus palabras la importancia del “Ciclo del Carbono” 2. Debate: ¿Qué pasaría si todos los organismos al morir, no fueran puestos en la tierra.

El balance de minerales y microelementos es fundamental para el balance hidroquímico del cuerpo, siendo fundamental evitar los extremos en su consumo. En caso de ejercicio, siempre es bueno consumir bananos para evitar calambres debido a su alto contenido de potasio.

Leo y recuerdo Sustituir los electrolitos perdidos por exceso de sudoración debido a ejercicio fuerte o por temperaturas altas, es indispensable. Por tal motivo, beber agua y bebidas hidratantes, mas no energizantes, compensará la pérdida de electrolitos.

Bioelementos macro y micronutrientes esenciales Este grupo de elementos pertenecen especialmente a los minerales necesarios para completar las diferentes funciones de procesos metabólicos o estructurales de los organismos tanto animales como vegetales. Tabla 2. CUADRO DE LOS MINERALES MÁS IMPORTANTES Y SUS FUNCIONES ELEMENTO

FUENTES

Boro (B)

Soja, almendras, frutos secos, ciruelas y uvas pasas.

Cromo (Cr)

Mariscos, hígado, pescado y pescado seco.

FUNCIONES Micronutriente esencial para las plantas, constituyente de la pared celular por una posible absorción de carbohidratos.

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Interviene en los procesos metabólicos que involucran a la insulina.

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Cobalto (Co)

Pescado, carne y soya.

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Cobre (Cu)

Pescado

Flúor (F)

Pescados, mariscos y vegetales sembrados en suelos con fuentes de flúor en el suelo.

Hierro (Fe)

Vegetales verdes, brócoli, espinacas, carne rojas,

Necesario en muy pequeñas cantidades y es parte de la vitamina B12, de fuentes animales y actúa en la síntesis de hemoglobina. Es necesaria para el funcionamiento óptimo del sistema nervioso, el cerebro y el sistema cardiovascular. Su deficiencia puede causar anemia perniciosa. Cofactor de enzimas, nutriente esencial para el ser humano y se utiliza para la síntesis de la melanina (pigmentación de la piel), metabolismo de neurotransmisores (dopamina) e interviene en el equilibrio de la presencia del hierro.

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Micronutriente esencial cuyo mayor aporte en animales está en la formación de dientes y huesos. shutterstock

Componente fundamental de la hemoglobina, la cual transporta el oxígeno en la sangre. Su deficiencia puede causar anemias graves, especialmente en niños y mujeres embarazadas. shutterstock

Manganeso (Mn)

Trigo, centeno, semillas de girasol, avena.

Este elemento interviene esencialmente en la formación de huesos y actúa en la regeneración de células sanguíneas. Su presencia también es importante para el ciclo reproductivo. Actúa también en la activación de enzimas. shutterstock

Selenio (Se)

Pastas, trigo, frutos secos, pescados, verduras.

Yodo (Y)

Mariscos, pescados y nabos.

Zinc (Zn)

Semillas de girasol. Pescados y aves.

Protección de los tejidos y membranas de procesos oxidativos, pues hace parte de la Vitamina E. shutterstock

Indispensable para el óptimo funcionamiento de la glándula tiroides, la cual regula el metabolismo de los organismos animales. Su deficiencia o exceso causa efectos de comportamiento y peso. shutterstock

Cofactor de múltiples complejos enzimáticos que regulan la producción de ácido gástrico, y el transporte de CO2 en la sangre. Importante en el metabolismo de lípidos, carbohidratos y proteínas. shutterstock

Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Exploremos los conocimientos • • •

¿Conoces la importancia del ADN y sus componentes? ¿Qué funciones cumple el agua en las células? ¿Sabes de qué están compuestas las hormonas?

Estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas: agua, glúcidos, lípidos, enzimas, proteínas, vitaminas y ácidos nucleicos Las biomoléculas son entonces la base estructural y funcional del metabolismo y sostenimiento del desarrollo en los organismos vivos.

Desequilibrio Cognitivo ¿Es posible que se ahogue un pez?

Las diferentes configuraciones químicas de las biomoléculas y su interacción con otros elementos y compuestos, definen la calidad de vida y el óptimo desenvolvimiento de las especies en su ambiente.

Origen y función del agua

Sabías que... shutterstock

Fig. 19. El agua es considerada una biomolécula por las funciones que cumple, mas no por su estructura libre de carbono.

Una de las teorías más aceptadas de algunos científicos, es que el agua se originó desde la formación de la Tierra hace más de 4500 millones de años debido a la presencia de este compuesto en cometas que por miles de años impactaron en la superficie y por la condensación de vapor de agua. El agua que se formó desde entonces, ha sido el mismo en el planeta, a excepción del volumen que haya sido aportado por nuevos cometas en diferentes épocas. Hace parte del 75% del planeta.

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Fig. 20. El ADN: molécula de la vida, fuente y origen de organismos vivos, e incluso de virus.

El agua salada de mares y océanos constituye el 97%, mientras que el 3% restante pertenece a aguas dulces como lagos, ríos, lagunas y aguas subterráneas. El agua de glaciares, témpanos y plataformas de hielo hace parte del 1%, es decir del agua dulce en estado sólido. El agua se considera dentro del grupo de biomoléculas, puesto que aunque no tiene carbono en su estructura es fundamental para los procesos de síntesis y descomposición de los componentes estructurales, las funciones fisiológicas y los procesos de sustentación de los organismos vivos.

En las latitudes más cercanas a los polos, el agua congelada forma una capa llamada permafrost a pocos centímetros del suelo y de algunos metros de profundidad, formada hace muchos años. Son depósitos de agua dulce necesarios para la sobrevivencia de plantas.

Navega en YouTube y ubica el siguiente video: Origen de la Tierra, el agua y la vida (teoría científica). Repasarás el origen del agua en la Tierra. www.youtube.com/ watch?v= fPRjGqmTY2M

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Fig. 21. La fuente de agua en la Tierra pudo ser, en gran medida, aportada por miles de cometas al estrellarse contra el planeta en formación.

Revisa tu dieta diaria y analiza cuántos vasos de agua bebes. Lo ideal son de 6 a 8 vasos diarios. Con estilo de vida muy deportivo, tendrás que complementar con bebidas hidratantes.

Estructura molecular

Interdisciplinaridad Realiza un ensayo de dos carillas en donde expongas lo que sucedería, si en 20 años, hubiera una disminución del 50% del agua dulce del planeta.

Sabías que...

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El oxígeno que respiran los peces y otros organismos acuáticos proviene de átomos de este gas que se encuentran entre las moléculas de agua y no del O2 de la estructura molecular (H2O).

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Fig. 22. Las moléculas de agua están conformadas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno, en un ángulo único que le confiere muchas de sus propiedades.

Su estructura química está compuesta por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Su configuración electrónica (figura 22) debido al tamaño mayor del átomo de oxígeno con respecto a los átomos de hidrógeno le confiere una electronegatividad muy especial debido a la atracción que ejerce el núcleo del oxígeno (más grande) sobre los átomos de hidrógeno, haciendo del agua una molécula polar. Esto quiere decir, que el hidrógeno queda con una carga positiva (compartió su carga negativa) y el oxígeno queda con una carga negativa (al aceptar los electrones del hidrógeno). El átomo de oxígeno tiene seis electrones de valencia en su último nivel, mientras que el hidrógeno tiene solo uno. Debido a la Ley del Octeto, en donde los elementos tienden a completar ocho electrones en su último nivel (lo cual les confiere una mayor estabilidad), los dos átomos de hidrógeno comparten su único electrón con los seis del oxígeno. Al compartir los electrones, cada elemento completa sus ocho electrones. Esta particularidad se denomina covalencia, o enlaces covalentes. La molécula del agua es por lo tanto una molécula covalente polar, en donde podrá ceder o aceptar electrones y por lo tanto formar, descomponer o hacer parte de otros compuestos (Brown et al., 2009, p. 299).

Trabajo y aprendo Contesta en tu cuaderno de trabajo: 1. ¿Qué son los micronutrientes y por qué son indispensables para los diferentes procesos metabólicos de los organismos vivos? 2. Responde: ¿Si el agua no contiene en su estructura átomos de carbono, por qué razón se la considera una biomolécula fundamental para el desarrollo de los organismos vivos? 3. Explica por qué se considera a la molécula del agua como una molécula covalente polar.

Tabla 3. Características y propiedades del agua PROPIEDADES DEL AGUA

DEFINICIÓN

Calor específico

Es la energía necesaria para elevar 1 gr de cualquier sustancia, 1°C de temperatura.

Elevado punto de ebullición

Disolvente universal

El agua tiene un elevado punto de ebullición, debido a que la temperatura de un sistema se utiliza primero para romper los puentes de hidrógeno que une cada molécula de agua y luego para elevar la temperatura.

Por su electronegatividad (polar), el agua puede descomponer sales, azúcares y otros compuestos solubles. Las grasas no pueden ser disueltas por agua puesto que no tienen carga.

Disolución de gases

El O2 y el CO2 son gases que se diluyen en el agua debido a que estas moléculas se acomodan entre las moléculas de agua, fundamental para los organismos acuáticos que respiran este oxígeno producido por las algas.

Cohesión molecular

Se refiere a la capacidad que tienen las moléculas de agua para permanecer unidas debido a los enlaces o puentes de hidrógeno que se crean entre cada molécula de agua. Esto permite dar forma y volumen a las células.

Tensión superficial

Es la capacidad que tiene el agua para dificultar que su superficie sea traspasada. Esto ocurre por la cohesión molecular, pero en la superficie. De esta manera se mantiene el volumen de los cuerpos de agua.

pH o potencial de Hidrógeno (disociación de la molécula de agua H2O)

Por su carga polar, las moléculas pueden perder o ganar fácilmente electrones en forma de iones H+, formando soluciones ácidas (mayor concentración de iones H+), o formando soluciones básicas (mayor concentración de iones OH-). Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Me conecto con las TIC Refuerza tus conocimientos observando el siguiente video: www.youtube.com/ watchv=HWzMXImK6o

Interdisciplinaridad Investiga en un mapa del Ecuador cuáles son los ríos más importantes. Y dibuja el mapa hidrográfico en tu cuaderno.

Leo y recuerdo El citoplasma es una mezcla de sustancias entre sólidas y líquidas (gel) compuesto por materiales proteicos. Su consistencia dependerá de la cantidad de agua intracelular.

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El agua: protagonista biológico Glosario Membranas pleurales: son un conjunto de membranas que recubren diferentes partes del cuerpo como los pulmones, el diafragma y la caja torácica. Puede haber enfermedades graves cuando la pleura se llena de aire, de sangre o de pus.

Además de las propiedades y características del agua, hay funciones biológicas que serían imposibles de llevar a cabo sin la presencia de agua en el organismo.

Función celular Todas la células están compuestas por tres elementos básicos: la membrana celular, el núcleo (ADN), y el citoplasma con más o menos organelos dependiendo la especie y el tipo de célula (figura 23). El citoplasma es una red formada por filamentos proteicos rodeados por un coloide o un gel, lo que significa que su textura no es ni un líquido ni un sólido. Esta textura se modifica permanentemente en cada célula dependiendo de la cantidad de agua que haya en el organismo y de la demanda de la misma por parte del organismo. El agua que forma parte de este citoplasma cumple una función transportadora al llevar nutrientes hacia la célula y eliminar desechos fuera de ella.

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Fig. 23. Todas las células se componen de membrana, núcleo y citoplasma.

Función conductora

Me conecto con las TIC En el siguiente enlace aprende de los efectos del calentamiento global en las capas de permafrost. http./www.windows2universe.org/earth/polar / cryosphere_permafrost1. html&lang=sp

Forma también parte de sistema circulatorio al constituir gran parte de la sangre, en forma de plasma y transporta de esta manera todas las células sanguíneas. El sistema excretor necesita grandes cantidades de agua para fabricar su mayor producto de excreción de desechos: la orina. Asimismo, las heces serán muy difíciles de expulsar sino tienen un porcentaje grande de agua. El sistema endocrino produce hormonas que son hidrosolubles para poder ser transportadas en el torrente sanguíneo. El sistema inmunológico y todos sus tipos de células para la defensa del organismo, se movilizan a través de la sangre. shutterstock

En las plantas, la savia bruta (compuesta por agua y sales minerales) sube a través de los tallos gracias a la propiedad del agua de adherirse a superficies polares. 30

Fig. 24. Gran parte de la composición de la sangre es agua, la cual forma el plasma sanguíneo y sirve como vehículo transportador de células sanguíneas y plaquetas.

Función estructural El sistema osteomuscular mantiene el movimiento de las articulaciones gracias a la presencia de agua en el líquido sinuvial que funciona como amortiguador. La forma y volumen de las células que forman los tejidos y los órganos dependen de la cantidad de agua presente. En las plantas, el agua es parte de su esqueleto hidrostático al formar parte de su estructura interna. En animales no vertebrados como las medusas, su cuerpo está formado básicamente por agua. Algunos patógenos como la ameba, se mueve gracias al movimiento de “brazos”, formados por el citoplasma.

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Fig. 25. El cuerpo de las medusas está formado básicamente por agua. En la imagen vemos organismos de Pelagia noctiluca.

Funciones fisiológicas reguladoras Para mantener el balance del organismo, especialmente la temperatura corporal, el sudor formado por sales y agua es necesario para regular el calor interno. Otros productos cumplen funciones importantes para completar actividades funcionales como: las lágrimas, el sudor, la saliva, lubricantes y ácidos estomacales. Todas las mucosas internas se mantienen húmedas gracias al agua y otras sustancias excretadas para esta función. Las membranas pleurales que protegen muchos órganos, la parte interna de las narices, la boca, los párpados, las mucosas estomacales e intestinales, así como el cuello uterino de la vagina en las hembras de muchas especies están compuestas por agua.

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Fig. 26. Las lágrimas, las mucosas del lagrimal y la superficie que recubre los ojos así como el interior de los párpados deben su composición en mayor porcentaje, al agua.

Trabajo y aprendo 1. El agua es la sustancia más abundante de la superficie de la Tierra. Realiza en tu cuaderno un cuadro con las funciones y propiedades. 2. Analiza las propiedades del agua y responde lo siguiente: • ¿Por qué razón cuando alguien salta a una piscina en forma horizontal, recibe un fuerte golpe en el cuerpo o “planchazo”? • ¿Qué efectos tendría para el cuerpo, si por cualquier razón, una persona no puede orinar? • ¿Cuáles serían los efectos para la salud de los organismos vivos si se someten a una falta drástica de agua? 3. En grupos de trabajo y con apoyo de Internet, realiza experimentos sencillos en las que puedas observar y demostrar las propiedades y funciones del agua.

Grupos funcionales Desequilibrio Cognitivo ¿Existe obesidad en los animales salvajes?

Los CHONPS entonces son la estructura básica de compuestos imprescindibles para la vida. Además de estos, hay grupos de átomos que al asociarse a los CHONPS dan propiedades y características singulares en su comportamiento y en su función al compuesto al que se asocian. En la siguiente tabla, podrás observar algunos grupos:

Buen vivir

Tabla 4. Grupos funcionales

Comer dulces o caramelos provee energía para algunos procesos. Sin embargo, su contenido calórico es muy alto y gran parte, sin no se gasta en procesos metabólicos, se puede almacenar en forma de grasa.

Sabías que...

NOMBRE

GRUPO FUNCIONAL

NOMENCLATURA

EJEMPLOS

Alcoholes

Alcohol

R-OH

CH3-CH2OH= etanol

Éteres

Éter

R-O-R

CH3-O-CH2-CH3= metoxietano

Aldehídos

Aldehído

R-CHO

OHC-CH2-CH2-CHO= butanodial

El carbono se utiliza para determinar la edad de muchos fósiles y materiales. Datación de Carbono 14 El carbono tiene tres isótopos C12, C13 y C14. Este último demora en desintegrarse unos 5 720 años, por lo cual es posible medirlo en materiales o estructuras orgánicas que contienen carbono y compararlos con la cantidad de C14 presente en la atmósfera desde hace más de 100 años en forma de CO2.

Cetonas

Cetona

R-CO-R

O || CH3-C-CH3= propanona

Ácidos Carboxílicos

Ácido Carboxílico

R-CO-R

HOOC-CH2-COOH= ácido propanodioco

Aminas

Amina

R-NH2

CH3-NH2= metilamina

Fuente: Adaptado de Grupos Funcionales más importantes, 2011.

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La momia de Ramsés II data del año 1.250 antes de Cristo.

Algunos de los grupos funcionales más relativos asociados a las moléculas orgánicas. Es necesario recalcar que la letra R, representa la molécula grande que se asocia al grupo funcional. Puede estar al inicio de la cadena y al final, una vez que el grupo funcional se inserta de acuerdo a los enlaces, los electrones y la electronegatividad de la molécula o del polímero.

Estos grupos se asocian a moléculas de grandes cadenas, denominados polímeros. Los polímeros son entonces, grandes cadenas de unidades de diversos tipos: aminoácidos, glucosas, ácidos grasos, etc. Existen polímeros formados desde centenares, miles y hasta millares de subunidades.

Estructura y función de carbohidratos Los carbohidratos, hidratos de carbono o glúcidos son moléculas que conforman diversos tipos de azúcares, entre ellos la más común llamada glucosa. Observa ejemplos de alimentos con azúcares en las figuras 27 y 28. Son grandes cadenas o polímeros formados por una estructura básica de carbono, asociado a átomos de oxígeno (-C-H-O-) y grupos hidroxilo (-OH), en una proporción de 1:2:1, y su fórmula sería entonces (CH2O). Es decir, por 1 átomo de carbono habrá siempre 2 átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. La glucosa, azúcar más sencilla sería entonces conformada de la siguiente manera: C6H12O6.

Me conecto con las TIC Descubre más sobre los beneficios o perjuicios acerca del consumo de las golosinas en: http://www.alimentacionsana.org/PortalNuevo/ actualizaciones/ golosinacontrol.htm

Me conecto con las TIC Observa las generalidades de los carbohidratos para profundizar tus saberes: www.youtube.com/ watch?v=PGSFlt2z_24 shutterstock

Fig. 27. Los glúcidos provenientes de panes integrales y cereales son necesarios en una dieta equilibrada aportando nutrientes y fibra.

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Fig. 28. El azúcar de mesa presente en postres y dulces, no es tan saludable puesto que se almacena rápidamente en forma de grasa.

Estructura de acuerdo a su tamaño Los carbohidratos pueden ser cadenas de diferentes tamaños, dependiendo del número de moléculas que los compongan: son monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Se denominan así a los carbohidratos formados por una sola molécula de azúcar, como la glucosa. Este azúcar está presente en todas las células vivas, pues es la fuente principal de energía. La glucosa se crea naturalmente en el proceso de fotosíntesis en donde paralelamente se produce oxígeno. Existen algunos tipos de monosacáridos dependiendo del número de carbonos en la cadena o en los anillos. En una disolución de azúcar, el anillo puede descomponerse momentáneamente liberando CO2 e hidrógeno, pero nunca pierde sus propiedades (sabor dulce). Su principal función es aportar energía rápida en procesos que lo requieran. 33

Interdisciplinaridad Cálculos saludables Realiza una lista de alimentos diarios que consumes y que son carbohidratos: ¿Cuántas veces los consumes al día, a la semana y al mes? ¿Puedes mejorar disminuyendo el consumo de azúcar de mesa?

Dentro de los monosacáridos tenemos entonces: los aldehídos y las aldosas. Esta configuración química se diferencia por el lugar en donde se inserta o se encuentra el grupo cetónico (-C=O-). Este grupo funcional conlleva un doble enlace entre el carbono y el oxígeno. Cuando este enlace está en el extremo de la cadena, se forma un grupo aldehído y el azúcar se llamará aldosa. Cuando dicho enlace doble se encuentra en el carbono 2, entonces se creará un grupo cetónico y ese monosacárido será una cetosa, como se ve en el gráfico 3.

Grupo formilo (Aldehído) Grupo oxo (Cetona) Grupos hidróxilo

Aldosa (Glucosa)

Cetosa (Fructosa) © Ediciones Holguín

Gráfico 3. Estructura química de una aldosa y una cetosa. Observa la posición del grupo aldehído (-C=O) en el lugar de cada cadena de carbonos. Ambas cadenas son hexosas (6 carbonos).

El nombre de los monosacáridos también depende del número de carbonos en la cadena (mínimo tres): triosas, pentosas, hexosas. Biológicamente, tienen una importancia vital las pentosas desoxirribosa y ribosa, azúcares que conforman el ADN y el ARN, respectivamente. Otros monosacáridos importantes son la galactosa (azúcar presente en la leche) y la fructosa (azúcar presente en las frutas).

Disacáridos Los disacáridos son compuestos formados por dos o más monosacáridos. Siguiendo su estructura general, los disacáridos seguirían la configuración, (CH2O)n, en donde n significa el número de moléculas de monosacáridos. Dos moléculas de glucosa formarían un disacárido de cadena corta siendo su fórmula, C12H22O12. Su principal función es almacenar energía para ser utilizada a corto plazo, especialmente en las plantas.

Polisacáridos

Sabías que... Algunos productos que se ofrecen en el mercado para untar al pan están conformados por grasas trans, lo cual significa que industrialmente se han modificado para aumentar o llenar los espacios libres de los carbonos de la grasas insaturadas, con átomos de hidrógeno y así lograr una textura semisuave al ambiente.

Los polisacáridos son grandes cadenas o polímeros de monosacáridos. Por lo tanto su fórmula general será la misma que para los disacáridos, (CH2O)n, n veces. Las cadenas pueden llegar a tener centenares de miles de monosacáridos.

SACAROSA (Azúcar de mesa)

LACTOSA (Azúcar de la leche)

MALTOSA (Azúcar de la malta)

• Glucosa y fructosa • En la caña,

• Glucosa y galactosa • Leche de mamíferos

• Glucosa y glucosa • En el germen de la

remolacha

cebada

Gráfico 4. Características de los tipos de azúcar. En la tabla se puede observar el tipo de monosacáridos que forma cada disacárido y la fuente donde se encuentra.

Los polisacáridos cumplen diversas funciones estructurales y energéticas en las plantas y en los animales tienen funciones de almacenamiento de energía. Los polisacáridos más importantes a nivel biológico son los almidones (plantas) y el glucagón (hígado de los animales). En el gráfico 5 podrán leer sus funciones. Los carbohidratos son necesarios para una dieta saludable puesto que forman parte de estructuras y proveen energía calórica fundamental para los procesos vitales. Sin embargo, un consumo excesivo, especialmente de azúcares simples puede tener consecuencias como el sobrepeso, la obesidad puesto que el azúcar que no se gasta en funciones biológicas, se almacena en forma de grasa.

ALMIDÓN

GLUCAGÓN

• Cadenas muy largas de azúcares simples, ramificadas. • Presente en varios tubérculos, cereales, legumbres y algunas frutas (plátano). • Principal función: liberar energía rápida. • Polisacárido digerible (una vez rotos los enlaces).

• Cadenas largas de azúcares simples ramificadas • Presente en el hígado de los animales. • Principal función: liberar energía de manera rápida.

CELULOSA

• Polisacárido de grandes secuencias de monosacáridos. • No tiene función nutricional. • Su mayor propiedad es formar la estructura de la pared celular de células, bacterias y plantas. • No es digerible para el ser humano, mas sí por animales herbívoros.

QUITINA

• Polisacárido no ramificado, de cadena larga. • Polisacárido no digerible. • Estructura exoesquelética de animales artrópodos como el cangrejo, arañas, e insectos. • Efecto de rigidez en las paredes de los hongos • Forma parte de estructura de pelos y uñas. Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Gráfico 5. Estructura y función de carbohidratos principales.

Estructura y función de lípidos Los lípidos son compuestos orgánicos. Su consistencia es oleosa o grasosa y se dividen en grasas, aceites y ceras de acuerdo a su estructura y propiedades químicas. 35

Origen y estructura Leo y recuerdo Los alimentos que ayudan a limpiar las arterias y a disminuir los niveles de colesterol de baja densidad (LDL), ricos en lípidos omega 3 y omega 6 son: pescados, mariscos, semillas o aceite de girasol, linaza, canola, las nueces y avellanas.

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Buen vivir Mantener un equilibrio en la dieta diaria nos permite tener una buena salud y un óptimo desarrollo tanto físico, mental y emocional. Revisa la pirámide alimenticia y obtendrás los beneficios de una dieta completa y de acuerdo a tu edad.

Fig. 29. Los aceites de semillas como la oliva, el girasol o almendras son más saludables que aquellos procesados o que se recalientan muchas veces.

Sus cadenas están formadas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno fundamentalmente. Se forman enlaces entre átomos de carbono (-C-C-) y átomos de carbono e hidrógeno (-C-H-). El grupo funcional carboxilo (-COOH) está presente al final de las cadenas de los lípidos. Su estructura química y sus componentes hacen de las grasas compuestos hidrofóbicos, lo cual significa que no se pueden mezclar con el agua. Esta singularidad se atribuye a que los lípidos son sustancias NO polares (sin cargas electronegativas) lo cual impide la fusión con las cargas polares del agua. Sin embargo, si son solubles en otros compuestos orgánicos.

Almacenan energía en forma de grasa Forman parte de cubiertas impermeables de plantas y animales. Forman la estructura de la membrana celular (fosfolípidos).

Tabla 5. FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS

Constituyen hormonas sexuales (testosterona y estrógeno) Aislante térmico que protege el cuerpo en ambientes fríos o helados. Forman parte de la vaina mielínica de fibras nerviosas. Protección de estructuras como las articulaciones y órganos como el corazón.

Trabajo y aprendo Contesta en tu cuaderno de trabajo las respuestas 1, 2, 3, 4 y 5. 1. Los polímeros constituyen muchos de los elementos que rodean nuestra vida cotidiana. Define qué son los monómeros y los polímeros. 2. Realiza un cuadro comparativo sobre los carbohidratos de acuerdo a su estructura y tamaño. 3. ¿Cuáles son las partes internas del cuerpo que se mantienen húmedas gracias al agua? 4. Explica cuál es la razón química para que el agua no pueda disolver las grasas. 5. Describe las funciones de la glucosa, el colesterol y el almidón. 6. Reúnete en grupo e investiguen ¿cuáles estrategias pueden sugerir para disminuir el colesterol?

Grasas y aceites Buen vivir

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Fig. 30. Las comidas rápidas tienen un alto contenido de grasas que se utilizan para mejorar el sabor y hay que controlar su consumo.

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Fig. 31. Lípidos líquidos a temperatura ambiente: de semillas de girasol, aceitunas, maíz, sémola.

Las grasas y los aceites son lípidos de cadenas largas que están compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los monómeros que constituyen estos compuestos son los ácidos grasos, que a su vez contienen el grupo funcional carboxilo (-COOH). Las grasas y aceites son calóricamente más efectivos para brindar una mayor energía que un carbohidrato, en relación de 9.3 cal/gr por 4.1 cal/gr. Se almacenan en los tejidos adiposos de los animales. Los triglicéridos entran en esta categoría y su estructura química es el resultado de la reacción entre una molécula de glicerol y tres moléculas de ácido graso. El glicerol por su parte es una cadena de tres átomos de carbono y un grupo hidróxido (-OH). Veamos la reacción completa en el siguiente gráfico:

Glicerol Ácido graso libre

Triglicérido

Gráfico 6. Estructura química de triglicéridos. Una molécula de glicerol reacciona con tres moléculas de Ác. grasos, formando un triglicérido, se almacenan en grasas como fuente de energía en tejidos animales. Adaptado de medicinapreventiva.com.ve, 2016.

Las grasas trans están consideradas como fuentes de colesterol que pueden aumentar los niveles de este compuesto en la sangre. La obesidad es una condición cada vez más frecuente en la población mundial, producto de la alimentación inadecuada, factores hormonales o tiroideos. Ingresa al siguiente link para ver un documental completo de NatGeo acerca de este tema. http//:www.youtube.com/ watch?v=7G3WAX3AwCI

Me conecto con las TIC Analiza y aprende los beneficios de incorporar ácidos grasos omega 3, 6, y 9. Observa el video en el siguiente link: www.youtube.com / watch?v=iPA67L-6Yy0

Sabías que... La cera de las abejas es un lípido que cumple funciones estructurales en las colmenas de las abejas. Las abejas más jóvenes de la colmena son las encargadas de fabricarla a partir de la miel. Las obreras de la colmena trabajan durante la noche para fabricar la cera en temperaturas altas, logradas al acercarse unas a otras en la colmena.

Dato curioso Los zánganos son machos de las abejas que nacen por partenogénesis, a partir de huevos sin fecundar.

Las grasas son sólidas a temperatura ambiente debido a que sus cadenas son rectas sin enlaces dobles en su estructura (C-C), lo cual mantiene las moléculas cercanas entre sí. Son también denominados lípidos saturados puesto que cada carbono de la cadena está ocupado por un átomo de hidrógeno, por lo tanto está saturado (no hay carbonos sin enlaces de hidrógeno). Las grasas son de origen animal y se encuentran en el cebo, la manteca, la mantequilla, el tocino, las vísceras, piel de las aves, lácteos enteros, yema de huevo, etc. (figura 30). Los aceites por su parte, o lípidos insaturados, son de origen vegetal. Su estructura posee enlaces dobles o triples entre los carbonos (C=C) o (C≡C). Estos enlaces les confiere la propiedad de ser líquidos a temperatura ambiente pues las moléculas están más separadas entre sí. Se pueden encontrar en los frutos del olivo, cacao, semillas de algodón, semillas de linaza, girasol, los frutos secos, el aguacate (figura 31). Algunos aceites pueden convertirse en grasa mediante el calor, rompiendo los enlaces dobles (C=C) y en su lugar reemplazar por átomos de hidrógeno (aceite hidrogenado). Son llamados también aceites transgrasos debido a su proceso de hidrogenación. En la industria de alimentos se utiliza esta práctica para producir margarinas las cuales adquieren una textura más líquida y que permite ser utilizadas con mayor facilidad. En temas de salud son fuente de diversas polémicas porque pueden elevar los niveles de colesterol en la sangre si su consumo no es supervisado.

Los ácidos grasos Omega 3 y Omega 6 Estos compuestos son lípidos poliinsaturados y han ganado una importancia vital en el mantenimiento de una dieta saludable. Investigaciones científicas como las de EUFIC, (European Food Information Council), han demostrado que su consumo puede favorecer en gran medida los procesos de crecimiento y reparación de las células. Son ácidos grasos esenciales, lo cual implica que hay consumirlos en la dieta, puesto que el ser humano no puede producirlos por sí mismo.

Leo y recuerdo

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Cuando el cuerpo requiere de energía inmediata para un esfuerzo grande, los músculos son los que proveen la energía necesaria. Esto puede ocurrir cuando se huye de algún peligro, súbitamente.

Igualmente, hay estudios que parecen indicar que su consumo puede prevenir el Alzheimer, infartos cerebrovasculares y coronarios. También está demostrado que estos lípidos o ácidos grasos disminuyen los niveles del colesterol no benéfico en la sangre. La fuente principal de estos componentes son las semillas de algunas plantas como girasol, aceite de oliva, linaza, los frutos secos, el aceite de canola, el pescado (carne oscura, como el bacalao), algunas carnes rojas, lácteos y huevos (figura 32).

Fig. 32. Fuente de alimentos que contienen ácido omega 3 y 6.

Ceras Las ceras son lípidos con estructuras químicas muy similares a las grasas. A temperatura ambiente son sólidas pues son ácidos grasos saturados. Su función es generalmente más estructural que nutricional pues es necesario la presencia de enzimas muy especializadas para descomponerlas. En las plantas son parte del recubrimiento con propiedades impermeables de hojas y tallos. En los animales también tienen función de recubrimiento de pelos y cerdas, colmenas y en los seres humanos como protección de entrada de bacterias en los oídos. 38

Fosfolípidos Los fosfolípidos, como su nombre lo indica, son compuestos formados por ácidos grasos, similares a los aceites, un grupo fosfato y una base nitrogenada, que reemplaza un ácido graso. Los fosfolípidos cumplen una función biológica supremamente importante: son parte de la estructura de la membrana celular. La membrana celular es la estructura de las células de los organismos vivos que permite la entrada de nutrientes, agua y la salida de otros compuestos necesarios para el desarrollo como las proteínas y la salida de los desechos tóxicos hacia el exterior. En la membrana celular, los fosfolípidos están dispuestos en una doble capa en donde se enfrentan hacia la parte interna los ácidos grasos y hacia la parte externa, el grupo fosfato y una base nitrogenada. Esta última parte a la cual se le denomina “cabeza” es de carácter polar mientras que la parte formada por los ácidos grasos o “colas”, son de carácter no polar. Entonces los fosfolípidos así conformados tienen una característica muy particular: son anfipáticos (parte polar y parte no polar). La membrana podrá entonces permitir el paso de sustancias tanto hidrosolubles así como sustancias de tipo oleosos. Fosfato

Buen vivir La testosterona fue descubierta en el año de 1939 por científicos alemanes. Fue sintetizada y, una vez descubierta su función en el cuerpo humano, empezó a ser inyectada a algunos atletas para aumentar su fuerza y volumen muscular. Estos esteroides llamados anabólicos (fomentan la creación de materia prima muscular) están actualmente prohibidos debido a las consecuencias para la salud y por la desventaja contra deportistas que no la consumen. Las sanciones por su uso a nivel olímpico son fuertes, se han descalificado a muchos atletas, despojándolos de sus medallas.

Cabeza: Gpo. Polar

Glicerol

Cadenas de ácidos grasos

Región polar

Región apolar

Gráfico 7. Estructura de la Membrana Celular. La imagen superior muestra la estructura de un fosfolípido. La inferior esquematiza la región de “cabeza” y “cola” (parte polar y no polar) que en doble capa forman la estructura de la membrana.

La competencia honesta es sinónimo del esfuerzo personal para alcanzar tus metas.

Esteroides Los esteroides son también una clase diferente de lípidos y se diferencian con las grasas y aceites en su estructura química, la cual sí forma anillos cuya base son cuatro átomos de carbono y otros grupos funcionales. Los esteroides tienen funciones como regulación de metabolismo, reproducción y aislantes nerviosos. Los compuestos más conocidos en ese orden son entonces las hormonas (testosterona y estrógeno), y el colesterol.

Colesterol Destacamos la importancia de este esteroide pues su ausencia, su exceso o su defecto, pueden causar consecuencias en los organismos y especialmente en el ser humano. Es importante saber que el colesterol es producido naturalmente en el hígado de los animales y algunos vegetales también lo tienen en su estructura, aunque en mínimas cantidades.

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Fig. 33. Los frutos secos, las frutas, pescados y vegetales son la parte de una dieta idónea para mantener los niveles de colesterol en niveles normales.

Función del colesterol: El colesterol presente en el torrente sanguíneo es el único medio de transporte de las grasas en el organismo. Esto se realiza por medio de sus componentes que son las lipoproteínas. Están conformadas por una mezcla de ácidos grasos y proteínas y se clasifican de acuerdo a la cantidad de grasas o de proteínas presentes. LDL o Lipoproteínas de Baja Densidad (Low Density Lipoprotein): esta lipoproteína contiene menor cantidad de proteínas en su estructura que ácidos grasos. También conocido como “colesterol malo” puede ocasionar tapones o capas de grasa en las arterias lo cual puede producir trombosis e infartos. Su cantidad en los organismos puede aumentar de acuerdo al consumo alto de ácidos grasos saturados. Pero el alto consumo de ácidos grasos insaturadas puede contrarrestar los niveles altos. 40

HDL o Lipoproteínas de Alta Densidad (High Density Lipoprotein): este compuesto tiene una mayor proporción de proteínas que de ácidos grasos. Llamado “colesterol bueno” debido a esta particularidad y porque sus efectos en el organismo son más bien benéficos. Impide la formación de tapones oclusivos en las vías circulatorias. Hace parte asimismo de las membranas celulares junto con los fosfolípidos y es a partir de este compuesto que se sintetizan las hormonas de la reproducción, testosterona y estrógeno. Existen algunas condiciones genéticas e individuales que elevan los niveles de LDL en algunos individuos, aunque se limite el consumo de Ác. grasos saturados. La edad, el género y el estilo de vida también pueden afectar los valores óptimos de colesterol en sangre.

LDL

Leo y recuerdo El hígado produce de manera natural el colesterol necesario para las funciones celulares. Si se consume mucho colesterol de fuentes alimenticias, el hígado deja de producirlo.

HDL

Grasas > Proteínas

Proteínas > Grasas

Trombosis

Previene infartos y derrames

Infartos cerebrales o cardiovasculares

Propiedades antioxidantes

Taponamiento arterial

Disminuye nivel de LDL

Nivel aumenta con consumo de grasas saturadas

Se derivan hormonas sexuales

Fuentes: mantequillas, margarinas, mantecas, frituras, pasteles

Gráfico 8.

Trabajo y aprendo En tu cuaderno de trabajo responde las preguntas 1, 2 y 3: 1. ¿Cuál es la diferencia entre grasas y aceites? 2. Escribe las razones por las cuales se debe reducir el consumo de grasas Trans. 3. Busca la definición de los siguientes sucesos y cómo prevenirlos: trombosis, infarto cerebral. Socializa tu información en tu comunidad. 4. Investiga en Internet cómo es el proceso de taponamiento de las arterias, cuando el consumo de alimentos altos en colesterol sobrepasa las cantidades saludables. Escribe una carilla y socializa en familia. 41

Proteínas Este grupo de moléculas orgánicas está compuesto por átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno y otro grupo funcional. El monómero base de las proteínas son los aminoácidos.

Carboxilo

Me conecto con las TIC Ingresa a YouTube y aprende más acerca de generalidades de las proteínas.

COOH Amino

H2N

www.youtube.com/watch?v=DEAdzTcx3s

Cadena lateral

Los grupos funcionales que intervienen en su estructura son: grupo amino (-NH2), el grupo carboxilo (-COOH) y un grupo funcional llamado R, que dependerá del tipo de aminoácido que se forme y es el que da las características y propiedades al aminoácido resultante (gráfico 9).

Gráfico 9. Estructura de un aminoácido. Estructura de un aminoácido que consta de un grupo amino, carboxilo, hidrógeno y un grupo R.

Puentes de disulfuro Se forman en la estructura del aminoácido cisteína (Cis) y son los responsables del plegamiento de una proteína. En la imagen se observa el enlace del puente entre un carbono de un aminoácido y el carbono del siguiente. Leo y recuerdo

Comer sano es la mejor manera de mantener una vida saludable y evitar muchas enfermedades. Ingresa al siguiente link para saber más acerca de una buena alimentación:

S S

http://saludexitoyfelicidad. wordpress.com/2010/10/25/ buena-nutrición

Se conocen en la naturaleza 20 aminoácidos, de los cuales 10 son esenciales para el ser humano y deben incorporarse al cuerpo mediante su ingesta en la dieta y son: leucina, fenilalanina, valina, arginina, isoleucina, lisina, metionina, triptófano, treonina e histidina y se simbolizan de acuerdo a las tres primeras letras de cada uno (valina – Val, metionina – Met, lisina – Lis, etc.). Se clasifican de acuerdo al número de aminoácidos en una cadena, siendo tres la cadena más corta y cientos o miles las más largas. Cuando una cadena contiene menos de 50 aminoácidos se puede hablar entonces de un péptido. Las cadenas con más de 50 aminoácidos se denominan proteínas mismas o polipéptidos.

Funciones de las proteínas

Las acciones de las proteínas en los organismos vivos son fundamentales. Una parte de las proteínas son enzimas, cuyo papel en las reacciones químicas metabólicas son indispensables.

Gráfico 10. Estructura de un puente de disulfuro.

Las enzimas catalizan (afectan la velocidad), de dichas reacciones sin ser producto de la reacción misma.

Estructuralmente, las proteínas conforman la piel, pelos, cerdas, cachos, seda de gusanos y arañas, y uñas con la elastina y el colágeno. En la estructura de músculos intervienen para permitir el movimiento de los mismos (actina y miosina). Metabólicamente hacen parte de la albúmina del huevo para el desarrollo del pollito, hacen parte de la caseína (proteína de la leche) y en la sangre de vertebrados conforma la hemoglobina necesaria para el transporte de oxígeno a todos los tejidos y órganos. Es parte de diversas hormonas como la insulina y la hormona del crecimiento. Inmunológicamente, intervienen en la defensa de los organismos al ser parte de los anticuerpos aunque también muchos venenos son proteínas.

Estructura ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

Buen vivir

Estructura Secundaria Estructura Terciaria

Estructura Cuaternaria

Estructura Primaria

Gráfico 11. Estructura de las proteínas.

La estructura de las proteínas está dada por la disposición espacial y forma de la cadena de aminoácidos. • Primaria: una proteína tiene una estructura primaria cuando está conformada por una secuencia sencilla y lineal de aminoácidos. • Secundaria: se forman enlaces de hidrógeno entre una misma cadena causando un pliegue en forma de hélice o helicoidal. • Terciaria: interviene la presencia de agua y los puentes de disulfuro en el plegamiento de una proteína. • Cuaternaria: es cuando se enlazan dos o más proteínas por medio de enlaces de hidrógeno o los puentes de disulfuro. Desnaturalización de proteínas: este fenómeno implica la destrucción de la forma y estructuras de las proteínas por medio de procesos físicos o químicos. Cuando esto sucede, las propiedades de las mismas se pierden y el daño es irreversible. Es el caso de la albumina del huevo, que al calentarla se vuelve blanquecina y sólida y no hay forma de volverla líquida de nuevo. En el caso de los vegetales muy cocidos, puede también romper los enlaces químicos de los aminoácidos y perder las propiedades nutricionales. Los medios físicos (licuar o agitar), también pueden producir este efecto. 43

Una alimentación sana y un estilo de vida deportivo, evitando agentes mutagénicos (tabaco, químicos, rayos gamma) pueden disminuir las mutaciones en nuestro ADN.

Enzimas Las enzimas son compuestos proteicos que actúan en la mayoría de las reacciones químicas. Su efecto es aumentar o modificar la velocidad de reacción entre diferentes compuestos. Su acción es fundamental para el sostenimiento de las células y se producen en los seres vivos.

Sin enzima

Energía

Energía de activación sin la enzima Energía de activación con la enzima

Con enzima

Energía total liberada durante la reacción

Sustratos ej. C6H12O6+O2

Productos CO2+H2O Avance de la reacción Gráfico 12. Energía de activación.

Son específicas para cada reacción y el compuesto sobre el cual actúa se denomina sustrato. Se nombran de acuerdo al sustrato sobre el cual tiene su efecto: si su efecto tienen lugar en una sacarosa, la enzima tomará entonces el nombre de sacarasa. Siendo el sufijo –asa, el que identifica a la enzima. Existen entonces la ureasa (actúa sobre la urea), la amilasa (descompone el almidón), la lactasa (actúa sobre la lactosa), helicasa (abre la hélice de ADN), etc.

Composición química Las enzimas están formadas entonces por grupos proteicos (apoenzimas) y no proteicos (cofactor). Los cofactores pueden ser de naturaleza inorgánica (metales como el hierro, el cobre, magnesio) o de naturaleza orgánica como las vitaminas. Observemos el siguiente gráfico: 44

Estructura de las enzimas Sabías que...

ENZIMAS

COFACTOR (parte no proteica)

APOENZIMA (parte proteica)

Inorgánica (Fe, Cu, K, Mg)

Orgánica (vitaminas B2, B6, NADP y NAD)

Modo de acción

Gráfico 13. Estructura de las enzimas.

El análisis del ADN ha resultado de incalculable valor científico para resolver crímenes en diferentes partes del mundo y la identificación de personas fallecidas en diversas circunstancias y épocas. Igualmente, los análisis de paternidad han colaborado para reunir a muchas familias y que muchos niños sean reconocidos por sus padres.

Todas las reacciones químicas necesitan un nivel de energía para llevarse a cabo. Esta energía se consigue naturalmente cuando la energía y temperatura llegan a un valor determinado. Si el valor de este último factor se eleva demasiado puede afectar la composición de los compuestos orgánicos, como en el caso de las proteínas afectando sus propiedades, causando su desnaturalización y puede ocurrir muerte celular. Para evitar la elevación de la temperatura y las consecuencias ya mencionadas, las enzimas modifican la velocidad de reacción o energía de activación, disminuyendo ese valor necesario para que la reacción tenga lugar y evitar la elevación de la temperatura. Asimismo, las enzimas modifican la velocidad de reacción de muchas reacciones químicas para que tengan lugar. No hacen parte de los compuestos que intervienen en la reacción, y al final de la misma quedan libres para volver a actuar sobre otros sustratos.

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Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son grandes moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Conforman el ADN y ARN del núcleo en las células de los organismos. Ambas moléculas son el material genético por excelencia y tienen en sus genes la información genética del organismo y la información necesaria para el desarrollo celular, desde la reproducción de la célula u organismo hasta la producción de proteínas. Son grandes polímeros de millones de secuencias de nucleótidos.

Trabajo y aprendo Contesta en tu cuaderno de trabajo las preguntas 1, 2 y 3: 1. ¿Qué es un aminoácido? ¿Cuál es su estructura? y ¿Cuántos se conocen en la naturaleza?. 2. Explica con tus palabras cómo actúan las enzimas en los procesos metabólicos. 3. Explica cuál es el significado de los lípidos: HDL y LDL. 4. Explica la diferencia entre los cuatro tipos de proteínas de acuerdo a su estructura. 5. Ingresa a: eufic.org/arti…s-consumo, identifica y escribe cuáles son los beneficios para el ser humano al consumir huevo. (Eufic: European Food Information Council). Expónlo en clase. 6. Investiga en Internet cuáles son los alimentos que ayudan a disminuir los niveles del colesterol no beneficioso para el ser humano. 7. Reúnete en grupo y realicen una maqueta de las cuatro estructuras de las proteínas. Utilicen materiales reciclados. 45

Estructura de Ácidos nucleicos – ADN y ARN Dato curioso Algunos virus sólo tienen una cadena simple de ARN como material genético.

El ADN (ácido desoxirribonucleico) está conformado por tres partes principales: un grupo fosfato (PO4=) unido a un azúcar (pentosa desoxirribosa) y una base nitrogenada compuesta por cuatro tipos (adenina, timina, citosina y guanina). Por lo tanto, tenemos cuatro nucleótidos (fosfato + azúcar + base) en una cadena de ADN.

Sabías que... El proyecto Genoma Humano (año 2.000), ha logrado decodificar la totalidad de los genes del ser humano. Son alrededor de 33 000 y cada día se descubre la función específica de cada uno. Esta información ha permitido avances extraordinarios en la medicina y en la prevención y tratamiento de diversas enfermedades.

Me conecto con las TIC Observa el siguiente video de 9 minutos para aclarar las dudas acerca del ADN y ARN: www.youtube.com/watch?v=d9JemHwsRQ

Gráfico 13. Estructura del ADN y el ARN.

La molécula de ADN está formada por una cadena doble en forma de hélice antiparalela, en donde las partes exteriores de la cadena está conformada por el fosfato y el azúcar y la parte interna está formada por la unión de las bases entre sí, por medio de puentes de hidrógeno. Sin embargo, las bases no se unen entre sí de forma azarosa; siempre se encontrará una adenina unida a una timina (A-T o viceversa) y una citosina unida a una guanina (C-G o viceversa). La molécula de ARN (ácido ribonucleico) es una molécula más pequeña, está formada sólo por una cadena de nucleótidos y en su estructura, la timina es reemplazada por una base llamada uracilo (A-U) y (C-G). Un grupo fosfato está unida en este caso también a una molécula de azúcar, ya no una desoxirribosa, sino una ribosa.

Funciones de ácidos nucleicos

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La función de los ácidos nucleicos es transmitir la información genética del individuo a sus descendientes. El ADN además, interviene en la síntesis de proteínas y en controlar las actividades de la célula. En el caso del ARN este hace parte del material genético de algunos virus y es intermediario en la formación de proteínas, con sus tres tipos de ARN: ribosomal (ARNr), mensajero (ARNm) y de transporte (ARNt). 46

Características estructurales

Tabla 6. ESTRUCTURA DEL ADN Y ARN CARACTERÍSTICAS

ADN

ARN

NÚMERO DE CADENAS

Dos : hélice y antiparalelas

Una

BASES NITROGENADAS

Adenina, timina, citosina, guanina

Adenina, uracilo, citosina, guanina

LOCALIZACIÓN

Cromosomas, mitocondrias, Ribosomas, nucléolo, cloroplastos y algunos virus citoplasma y algunos virus

FUNCIÓN

Controla las actividades de la célula, transmite información Proceso de traducción de genética, duplicación de proteínas, transmisión de ADN nuclear, duplicación información genética de ADN mitocondrial, transcripción de ARN

TIPOS

ARN mensajero, ARN ribosomal, ARN transporte

Nuclear y mitocondrial

Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Vitaminas: pequeños motores metabólicos

Dato curioso La vitamina K se produce en el cuerpo a través de la exposición solar de la piel. Sin embargo, debe ser en las primeras horas de la mañana o en el atardecer para evitar quemaduras y sobreexposición.

Estas moléculas orgánicas no son de tamaño estructural muy grande, pero son esenciales y deben consumirse con la dieta. Cuando sus niveles no son los adecuados pueden aparecer múltiples desórdenes metabólicos y enfermedades. La mayoría son coenzimas e intervienen en el desarrollo y funcionamiento metabólico de órganos y tejidos. Existen dos tipos: las liposolubles y las hidrosolubles. Las primeras se almacenan en los tejidos grasos del organismo por lo cual permanecen más tiempo en el cuerpo y su consumo debe ser moderado para evitar sobredosis. Las hidrosolubles viajan en el torrente sanguíneo y por lo tanto se filtran en los riñones, siendo eliminadas por medio de la orina y deben consumirse en lapsos más seguidos para asegurar su eficacia. La mayoría se encuentran en las carnes, pescados, huevos, lácteos, frutas, legumbres y vegetales y cereales.

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La mejor y más eficaz fuente de vitaminas y minerales son los alimentos naturales como frutas y vegetales.

Tabla 7. VITAMINAS HIDROSOLUBLES VITAMINAS HIDROSOLUBLES (Complejo B y C)

FUNCIÓN

DEFICIENCIA

Vitamina B1 Tiamina

Interviene en los procesos metabólicos de la glucosa.

Afecta el sistema nervioso causando efectos de movimientos involuntarios (beriberi).

Vitamina B2 Riboflavina

Libera la energía contenida en los enlaces químicos de los glucósidos. Interviene en la producción de células sanguíneas.

La anemia es una de las principales consecuencias de una deficiencia que da cansancio, fatiga y dolores de cabeza.

Vitamina B3 Niacina

Intervienen en procesos energéticos y en el óptimo funcionamiento de sistema nervioso y digestivo.

Pelagra: deficiencias mentales, inflamaciones y salpullidos en la piel.

Vitamina B5 Ác. Pantoténico

Procesos metabólicos fundamentales como CoA (Coenzima A). Reacciones de lípidos, reacciones energéticas, síntesis de hemoglobina.

Se reportan síntomas especialmente de cansancio, insomnio, cosquilleos en extremidades.

Vitamina B6 Piridoxina

Síntesis de carbohidratos y neurotransmisores.

Anemias, depresión, fatiga o cansancio

Vitamina B12

Procesos metabólicos, síntesis de glóbulos rojos, y ayuda en el óptimo desarrollo de sistema nervioso.

Anemia, cansancio, hormigueo en extremidades

Vitamina C Ác. Ascórbico

Interviene en la síntesis de proteínas para la piel, tendones y cartílagos. Cicatrización de heridas, antioxidante.

Sangrados en mucosas, inmunodepresión, resequedad dérmica, anemia.

Biotina

Procesos metabólicos de proteínas y lípidos, sintetizada por bacterias y hongos.

Depresión, cansancio, erupciones dérmicas. Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Trabajo y aprendo Contesta en tu cuaderno de trabajo las preguntas 1 y 2. 1. ¿Qué son los ácidos nucleicos? y ¿Cuál es su función? 2. ¿Cuál es la diferencia entre las vitaminas hidrosolubles y liposolubles?. 3. Reúnete en pareja en el salón de clases y realicen una lista de alimentos que hayan consumido el día anterior. Analicen los tipos de componentes de estos alimentos e identifiquen con ayuda de Internet, que tipos de vitaminas contienen. 4. Investiga en Internet ¿Qué es, para qué sirve y cómo se calcula el índice de masa corporal? Comparte la información con los compañeros (a) de clase. 5. Elabora junto a tu maestro (a) una lista de alimentos que debes consumir todos los días para asegurarse que su organismo consuma antioxidantes, fibras y nutrientes esenciales.

Tabla 8. VITAMINAS LIPOSOLUBLES VITAMINAS LIPOSOLUBLES

FUNCIONES

DEFICIENCIAS

Vitamina A Retinol

Interviene en el óptimo desarrollo de células visuales, intervienen en el sistema inmune, en la expresión de genes, diferenciación de eritrocitos.

Ceguera nocturna, ojo seco (cambios en células de córnea), deficiencias nutricionales.

Vitamina D

Intervienen en el metabolismo del calcio en el organismo, funcionamiento Disminución en la absorción de calcio de sistema nervioso, mantener una y osteoporosis. Raquitismo (no hay buena densidad ósea, moderador del mineralización de huesos), dolor en los sistema inmune, regulación de presión huesos. sanguínea.

Vitamina E Tocoferol

Antioxidante, disminuye la acción de radicales libres, aumenta la vasodilatación.

Deficiencias de coordinación, debilidad muscular, daño en la retina.

Vitamina K

Factor de coagulación sanguíneo

Hemorragias nasales, en encías, en sangre o heces. Fuente: Ediciones Holguín, 2016.

Avitaminosis y exceso de vitaminas El consumo de vitaminas, así como de cualquier otro nutriente, debe estar balanceado de acuerdo a los requerimientos diarios de cada persona, y de acuerdo a la edad o estado de salud de cada individuo. Las vitaminas no tienen cualidades nutricionales por sí mismas, pero intervienen directamente en los procesos metabólicos para que otros compuestos o elementos puedan aportar los valores nutritivos. Es decir, hacen parte de los procesos fundamentales para el desarrollo y crecimiento aunque no aportan ni calorías ni nutrientes. Sin embargo, sí se encuentran en alimentos que pueden aportar muchas calorías. La avitaminosis es un término que se aplica cuando hay deficiencia de vitaminas en el organismo. Normalmente, muchos alimentos contienen vitaminas y si se tiene una dieta balanceada que incluye los productos necesarios de acuerdo a las tablas nutricionales, los organismos obtienen las vitaminas en la medida justa de sus necesidades. Pero cuando la dieta diaria, semanal o constante no incluye alimentos básicos (proteína, carbohidratos, lípidos) entonces el individuo tendrá una baja significativa de nutrientes y de vitaminas. Esta baja se traduce en enfermedades tales como beri beri, cegueras osteoporosis y otras que se describen en las tablas de vitaminas. Asimismo, el exceso de vitaminas causa problemas de salud e intoxicaciones que afectarán el desarrollo. Cuando se requiere tomar vitaminas y minerales es recomendable que las recete un profesional de la salud, pues el mercado ofrece toda una gama de productos de acuerdo a la afección, edad y estado del paciente. 49

Aplico y verifico mis conocimientos 1. Escribe el significado de la sigla CHONPS. C: ...................................................... H: ...................................................... O: ...................................................... N: ...................................................... P: ...................................................... S: ...................................................... 2. De acuerdo a tu respuesta anterior, contesta: ¿Cuál es la característica estructural de las biomoléculas orgánicas? _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

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Evaluación continua

3. Investiga y responde cuál es el tipo de azúcar que contienen los siguientes alimentos:

4. Contesta: ¿Qué es una proteína? ¿En qué se diferencia de los carbohidratos? _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 5. Investiga qué es la fenilcetonuria y, con ayuda del siguiente link (http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ spanish/ency/article/007492.htm), aprende cuáles son los edulcorantes aprobados por La FDA (Food an Drugs Administration), en EE.UU. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 6. Indaga en equipos de trabajo y en forma creativa realice un collage sobre los proceso de abiogénesis de las moléculas y macromoléculas orgánicas que se formaron en otros lugares del universo.

Aplico y verifico mis conocimientos 7. Los lípidos son compuestos necesarios para los organismos vivos. Describe cuál es su clasificación y explica cada una. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

ADN

• • • •

ARN

• • • •

9. Por medio de un diagrama de barras, representa el porcentaje de los elementos químicos que se formaron durante la explosión del Big Bang. Explica cómo fue su proceso de formación.

Autoevaluación Marca con una X en Alcanzado si lo haces sin apoyo, o marca en Por alcanzar si aún necesitas apoyo. Alcanzado

Conocimientos 1. Identifico y escribo las diferentes evidencias cientificas que sustenta la Teoria de la Abiogenesis . 2. Describo como se formaron los primeros elementos del planeta Tierra. 3. Entiendo la importancia que tienen las placas tectónicas. 4. Describo las funciones de las biomoléculas.

Por alcanzar

Evaluación continua

8. Completa el siguiente cuadro comparativo entre las características del ADN y el ARN.

Síntesis de lo aprendido D DA

UNI

Evolución de los seres vivos

Teoría de la abiogénesis y origen de la vida El término abiogénesis significa la creación de la vida a partir de elementos inorgánicos. La materia que dio origen a estos factores se crearon a partir de la Gran Explosión que dio origen al Universo hace más de 13 700 millones de años.

Compuestos químicos de la atmósfera primitiva Los primeros elementos se crearon a partir de partículas como los protones y neutrones que chocaron unos contra otros aumentando su masa atómica. érmino abiogénesis significa la creación de la vida a partir de elementos inorgánicos. Esto sucedió después del momento de Singularidad, unos 300 000 años después de la explosión. El primer elemento formado fue el hidrógeno y partir de este átomo se fueron creando el helio, litio y los demás elementos. En la Tierra existen 92 elementos naturales y los demás son elementos sintetizados artificialmente. Los elementos fueron ordenados en la Tabla periódica de los Elementos de acuerdo al nombre o apellido de su descubridor.

La Tierra primitiva y su atmósfera La Tierra primitiva, hace más de 4 500 millones de años contenía muchos de estos compuestos y se fueron formando otros a partir de las condiciones físicas y atmosféricas del planeta a medida que se enfriaba. La Teoría de la Deriva Continental expresada por Alfred Wegener, en 1915, explica la conformación actual de la corteza terrestre y los continentes, a partir del movimiento de las placas tectónicas.

Biomoléculas: estructura, diversidad y funciones de las biomoléculas Los compuestos orgánicos son aquellos formados especialmente por carbono, hidrógeno y oxígeno, en diferentes proporciones y estructuras espaciales. Estos son los carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y vitaminas. Todos los seres vivos se componen de todos o alguno de estos compuestos. Algunos otros compuestos están estrechamente ligados a las moléculas orgánicas y se denominan grupos funcionales los cuales confieren características y propiedades a las moléculas orgánicas. El crecimiento, el mantenimiento, desarrollo y sobrevivencia de las especies dependen de los nutrientes nombrados anteriormente. Adicionalmente, las enzimas, vitaminas y algunos minerales (inorgánicos) son indispensables para cumplir las funciones metabólicas. 52

Proyecto Escojamos sanamente nuestros alimentos Objetivos • Identificar las fuentes de nutrientes a partir de diferentes tipos de alimentos. • Aprender los diferentes tipos de nutrientes y sus funciones en el cuerpo humano. • Investigar qué tipos de alimentos son mejores de acuerdo a la edad y actividades del estudiante. • Investigar el proceso de síntesis por hidrólisis y deshidratación de los compuestos orgánicos. • Elaborar un informe que incluya estos objetivos, una justificación de este proyecto, los procedimientos realizados, el análisis solicitado en los procedimientos y las conclusiones aportadas por cada uno de los integrantes del grupo. Materiales shutterstock

• A limentos que se consumen diariamente en la jornada diaria de estudio. • Una hoja de papel que incluya una tabla con los nombres de cada estudiante del grupo y que permita escribir los alimentos que cada uno lleva y la descripción de los nutrientes que contienen. • El libro de texto

Procedimientos 1. Formar grupos de cuatro estudiantes. 2. Cada estudiante deberá llevar al colegio tres tipos de alimentos en su lonchera, sin escoger intencionalmente o previamente cuáles ha de llevar cada uno. 3. Reunir al siguiente día todos los alimentos y dividirlos por su categoría (frutas, legumbres, tubérculos, carnes). 4. Con ayuda del texto escolar, clasificar los componentes de cada uno de los alimentos llevados. 5. Contesta: ¿Cubren los alimentos del grupo los estándares de una dieta apta para un día de jornada, desde la mañana hasta la noche? Justifiquen sus respuestas y en caso dado propongan cómo planificar y mejorar sus dietas.

Heteroevaluación 1. Realiza de manera escrita una descripción completa de cómo se formó la corteza terrestre a partir del enfriamiento paulatino de los grandes conglomerados de polvo estelar. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 2. Define claramente qué son las placas tectónicas, su origen, su velocidad y de qué materiales están formadas. _______________________________________________________________________________________

Evaluación sumativa

_______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 3. Describe el experimento realizado por Miller y Urey para tratar de explicar la formación de las biomoléculas que dieron origen a la vida. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 4. Escribe algunas características de los siguientes elementos:

Hidrógeno

Oxígeno

Nitrógeno

Fósforo

Azufre

Coevaluación Resuelvan en parejas y evalúense entre compañeros. ¿Qué sucedería si no se consumen minerales y vitaminas en la dieta?

•

Tenía los conceptos correctos de la función de los minerales.

•

Proporcionó las enfermedades originadas por falta de minerales en el cuerpo.

•

Aportó conocimientos claves acerca de las vitaminas.

•

Buscó información pertinente acerca de vitaminas y sus funciones.

Alcanzado

Por alcanzar

Autoevaluación Marca con una X en “Alcanzado” si lo haces sin apoyo, o marca “Por alcanzar” si aún necesitas apoyo.

Criterios para autoevaluarse

Alcanzado

1. Identificas la teoría de la abiogénesis para explicar el origen de las biomoléculas en la Tierra.

2. Analizas porqué es tan importante consumir carbohidratos, proteínas y lípidos de manera equilibrada en la dieta diaria. 3. Identificas los minerales más importantes y sus funciones para completar los diferentes procesos metabólicos o estructurales de los organismos, tanto animales como vegetales

Por alcanzar

Evaluación sumativa

Criterios para evaluarse entre compañeros