Biología 2 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 Segundo 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.

La célula, características fundamentales

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

Me conecto con las TIC

Lectura de imágenes En la imagen se observa el proceso de reproducción celular. ¿Cómo se descubrieron las células? ¿Se componen todos los organismos del mismo tipo de células? ¿Cómo se alimentan las células? ¿Cómo son los procesos de reproducción en las células? ¿Por qué no se deforman las células?

Observa la historia del descubrimiento de la célula: httwww.dailymotion.com/ video/xbzug7_la-celula-avan-leeuwenhoek_school

Mapa de conocimientos • Introducción a la célula • Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma shutterstock

Evaluación diagnóstica Examen que pretende identificar los aprendizajes previos que posees y que se requieren para este nuevo año lectivo. Evaluación diagnóstica 1. Observa la imagen de la célula eucariota y procariota. Escribe dos semejanzas y dos diferencia. Semejanzas

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.

4. Escribe una lista de alimentos que posean los nutrientes fundamentales para cumplir las funciones orgánicas vitales de nuestro cuerpo. Justifica tu respuesta.

1.______________________________________

_____________________________________________________________________________________

2.______________________________________

_____________________________________________________________________________________

Diferencias

5. Relaciona las clases de los músculos con sus respectivas características.

1.______________________________________ 2.______________________________________ 2. Identifica en las imágenes el organelo que es. Escribe su nombre la y función.

COLUMNA A

COLUMNA B

1. Músculos Lisos

a) Tienen forma cilíndrica multinucleada

2. Músculos Esqueléticos

b) Tienen forma de uso uninucleada

3. Músculos Estriados

c) Tienen forma cilíndrica ramificada, uninucleada.

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. Opciones de respuesta: A) 1a, 2b, 3c

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Nombre:_____________________________

Función:_____________________________

3. Marca con una (X) dentro del paréntesis la opción correcta. 3.1 El bioma que tiene clima extremadamente frio y solo pocos tipos de plantas y animales pueden sobrevivir ahí es en la: A) Sabana B) Taiga C) Tundra

(___) (___) (___)

3.2 El bioma más caliente y más seco de todos los biomas terrestres se llama: A) Humedal B) Chaparral C) Desierto

(___) (___) (___)

3.3 El bioma que posee abundantes pastos, flores y una estación seca y lluviosa es el: A) Pastizal B) Arrecife de coral C) Selva tropical

(___) (___) (___) 8

B) 1b, 2a, 3c

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

DCCD: Indagar la historia del descubrimiento de la célula y analizar la importancia de los hallazgos asociados, para entender la evolución de la ciencia a través del tiempo y establecer los parámetros para la clasificación de los seres vivos. Describir la estructura básica de la célula profundizando en los componentes fundamentales y estableciendo los elementos químicos y las biomoléculas que los componen para entender sus funciones en el desarrollo de los organismos vivos.

Biología molecular y celular Exploremos los conocimientos En equipo: 1. Observa las imágenes y contesta: a. Qué tipos de células identificas. b. Qué función desempeñan las células en los organismos vivos. c. Debería un adulto plantearse la posibilidad de guardar las células madres de un hijo? Si o No ¿Por qué? 2. Socializa las respuestas con tus compañeros. shutterstock

C) 1b, 2c, 3a

Respuesta correcta: ______

Introducción a la célula

6. Escribe dentro del paréntesis el literal que corresponda a la función de los diferentes sistemas de nuestro organismo. Sistemas

Funciones

a) Sistema Óseo

(

) Lleva los nutrientes y el oxígeno a las células.

b) Sistema Nervioso

(

)

Sostiene la totalidad del cuerpo y le da forma , hace posible la locomoción.

c) Sistema Muscular

(

)

Recibir los estímulos que le llegan tanto del medio externo como interno del organismo.

d) Sistema Circulatorio

(

)

Ayuda a que el cuerpo permanezca estable y se mantenga firme con los huesos.

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Construyo mis conocimientos

Sabías que... La peste negra fue una enfermedad causada por una bacteria (Yersinia pestis), que se extendió desde Asia, hasta toda Europa, Eurasia y África en el año 1350. Transmitida por las pulgas de roedores, mató a más de 30 millones de personas.

La historia descriptiva de los organismos vivos, hasta antes de 1660, se puede resumir en una descripción de tipo físico y morfológico de las especies conocidas y reportadas por naturalistas y exploradores tanto del viejo, como del nuevo mundo. Las descripciones anatómicas de Leonardo Da Vinci (1452-1519) en el siglo XV, son unos de los pocos aportes fundamentales a las ciencias de la época. Las explicaciones de las causas de acontecimientos, fenómenos naturales y enfermedades eran atribuidas, desde la antigüedad, a la voluntad de dioses y entidades míticas o castigos divinos.

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Máscara de médicos medievales que visitaban a los enfermos de peste bubónica o negra.

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Dibujo anatómico de un feto en el vientre, realizado por Leonardo Da Vinci, en el siglo XV.

La herencia filosófica y científica desde los griegos permitió al ser humano, con acceso a la educación, crear corrientes de pensamiento de todo tipo: teológico, filosófico, científico de diferentes ramas, que a partir de observaciones y de las necesidades del momento, derivaron en una búsqueda constante por la verdad a principios del siglo XVIII. Los cambios sociales y políticos como la Revolución Francesa, enfermedades como la peste negra, que diezmó casi un tercio de la población europea de aquella época, y las muerte temprana por diversas razones fomentaron la búsqueda, a través del tiempo, de remedios naturistas los cuales eran los únicos conocidos, herencia de antiguos chamanes y mujeres y hombres dedicados al estudio de la naturaleza con fines medicinales.

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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

1. Describe ampliamente cómo era la vida y la salud de los seres humanos durante la Edad Media. Utiliza la información del texto e investiga en Internet para ampliar la información. Escribe una carilla con tus hallazgos

6. Investiga en Internet cuál fue el aporte principal de la teoría de Lynn Margulis en el siglo XX acerca de la endosimbiosis, en los avances de la ciencia y de los procesos evolutivos relacionados con la fotosíntesis. _____________________________________________________________________________________

2. Explica de qué manera la creación de la Real Sociedad marcó un hito en los descubrimientos científicos a partir del siglo XVII.

_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

7. Describe la estructura proteica del citoplasma y su citoesqueleto. _____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

3. Investiga en Internet ¿Cuáles fueron los conceptos de la generación espontánea y del creacionismo?

_____________________________________________________________________________________ GENERACIÓN ESPONTÁNEA

_____________________________________________________________________________________

CREACIONISMO

8. Marca con una X la ubicación de las siguientes ramas en el dominio que corresponda: Rama de organismos

BACTERIA

ARCHAEA

EUKARYA

Spirochaetes Flagelados Animales Halófilos Entamoeba Aquifex

Evaluación continua

_____________________________________________________________________________________

Plantas 4. Escribe en tu cuaderno la biografía de los siguientes científicos: Matthias Schleiden, Teodor Schwann y Rudolph Virchow. Asimismo, explica cuál fue la importancia de sus hallazgos para el entendimiento de los seres vivos.

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

Fungi

Autoevaluación

5. Investiga y escribe cinco ejemplos de organismos procariotas y cinco ejemplos de organismos eucariotas.

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

ORGANISMOS EUCARIOTAS

Alcanzado

Por alcanzar

1. En la Edad Media la mayoría de la población moría antes de los 40 años debido a la falta de hábitos de higiene y al desconocimiento de los microorganismos. 2. El rigor científico es indispensable para dar credibilidad a cualquier información. 3. La teoría Celular abrió el camino para el entendimiento del funcionamiento de los procesos celulares en los seres vivos. 4. La endosimbiosis explica los procesos evolutivos de los organismos fotosintéticos.

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

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 permiten un acercamiento al conocimiento científico. Además, promueve el trabajo colaborativo, para ponerlo en prácticas en la comunidad.

Proyecto

Biología molecular y celular

Viajemos a través de la membrana

Objetivos • •

1. Introducción a la célula En el siglo XVIII, los investigadores de la época formaron grupos de ciencia y crearon la Real Sociedad, en Inglaterra, para dar a conocer los avances cientíﬁcos entre colegas y debatir la autenticidad o credibilidad de sus descubrimientos. Así se abrió el camino al conocimiento y el descubrimiento de todo un mundo microscópico, que dio respuestas a tantos interrogantes del origen de la vida y las causas de las enfermedades de aquella época y a futuro. Células procariotas: Las células procariotas o procariontes forman organismos de una sola célula, como bacterias y algunas arqueas. Su característica más representativa es que su material genético se encuentra libre en el citoplasma, en ausencia de una membrana nuclear. Células eucariotas: Son células que conforman a organismos pertenecientes al dominio Eukarya y sus correspondientes reinos Plantae, Animalia, Fungi y Protistas y su característica más descriptiva es que el ADN de sus células se encuentra delimitado por una membrana nuclear. Son mucho más especializadas y forman desde estructuras simples como organismos unicelulares eucarióticos, hasta tejidos, y órganos muy bien diferenciados.

• •

Conocer los componentes de la membrana. Aprender las funciones de cada componente de la membrana. Visualizar la dinámica de las sustancias que entran o salen a través de la membrana. Reconocer la importancia biológica de la Membrana celular en el desarrollo de los organismos vivos.

Materiales • •

Materiales reciclados tales como telas, sábanas, cartones, cartulinas, botellas, tapas, pelotas de espumafón, bolas ping pong, canicas, elásticos, alambres, etc. Pinturas acuarelas, temperas, marcadores, plastilina, goma, pinceles, colores, tijeras, etc.

Membrana celular: Todas las células ya sean de tipo procariota o eucariota tienen membrana celular, tal como lo propone la Teoría Celular. Una de sus funciones es permitir el paso de entrada y salida de sustancias desde y hacia la célula, mantener el equilibrio homeostático de la célula y por lo tanto de los organismos. Núcleo: El núcleo es el motor que permite el funcionamiento de la célula en todos los sentidos. Contiene los ácidos nucleicos que son el ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y el ARN (Ácido ribonucleico). Estos ácidos tienen la información necesaria para transmitir la herencia tanto de células procariotas, organismos unicelulares y pluricelulares eucariontes. El citoplasma: puede deﬁnirse como el espacio en donde tienen lugar los procesos metabólicos de la célula, pues contiene a todas las estructuras necesarias para todas las funciones celulares: núcleo, mitocondrias, cloroplastos (sólo en células vegetales), aparato de Golgi, retículos endoplásmicos, lisosomas, centriolos (sólo en células animales), peroxisomas y vacuolas.

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

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Glosario

Procedimientos

2. Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma

Accesorios

1. Entre todos los alumnos de la clase, deberán crear un modelo de membrana en forma de instalación, en donde otros alumnos podrán aprender el recorrido que tiene una sustancia para pasar o salir a través de la membrana.

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

2. Varios alumnos serán asignados para interpretar roles como: iones, agua, sales, y sustancias varias que quieren entrar a la célula o salir de ella. 3. Otros alumnos deberán actuar como las proteínas intemembranales y sus canales, periféricas y superficiales, fosfolípidos, glucolípidos y glucoproteínas, y moléculas de colesterol. 4. Escenificar los casos en que unas moléculas o sustancias puede estar o no a través de la membrana a la célula. 5. Investigar más a fondo las funciones de estos componentes, por medio de los videos que se sugieren o cualquier otra fuente seria.

Conclusiones _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Heteroevaluación

Coevaluación Resuelvan en parejas y evalúense entre compañeros.

1. Completa el siguiente cuadro de los componentes de la membrana celular: COMPONENTE

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

UBICACIÓN

FUNCIÓN

Fosfolípidos

El núcleo es el motor que impulsa todas las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. Asimismo, la membrana es parte fundamental para la entrada de componentes necesarios y salida de desechos. ¿Cuál de las dos estructuras es más importante? ¿Es una más importante que la otra? ¿Son ambas estructuras igual de fundamentales para el desarrollo de los organismos vivos?

Insertadas a través de toda la membrana Reconocimiento de grupos sanguíneos Glucoproteínas

Alcanzado

Por alcanzar

Su participación fue activa. Interviene en la fluidez y permeabilidad de la membrana

Aportó información adicional.

2. Explica claramente la diferencia entre la cromatina y los cromosomas. _______________________________________________________________________________________

Buscó soluciones al planteamiento resolviendo dudas.

_______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 3. Los descubrimientos del ADN y ARN han dado paso a avances en la ciencia genética. Revisa el segmento Sabías que… de la página 22 e investiga en Internet y describe tres ejemplos para las siguientes aplicaciones: • • •

Tratamientos efectivos para síndromes y enfermedades Banco de genes para preservación de especies Identificación de criminales

4. Analiza, investiga y responde: ¿Qué sucedería con la vida de los organismos vivos, si no existiera un núcleo en las células? ¿Qué funciones no podrían tener lugar? _______________________________________________________________________________________

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

Criterios para autoevaluarse

Alcanzado

La historia del estudio del origen de la célula impulsó el estudio de los organismos vivos.

_______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

Describe cuatro características de las células eucariotas y cuatro de las procariotas.

_______________________________________________________________________________________ 5. Describe la relación directa que existe entre el ADN y la evolución de las especies: _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

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.

La teoría de la endosimbiosis describe fundamentalmente el origen de las células eucariotas, a partir de células procariotas. ¿Cuál es la teoría central? Es muy importante mantener una buena dieta con todos los tipos de componentes para el buen funcionamiento celular. ¿Por qué?

_______________________________________________________________________________________ 32

Por alcanzar

Evaluación sumativa

Proporcionó datos útiles para la solución del problema.

Glucolípidos

Evaluación sumativa

Criterios para evaluarse entre compañeros

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

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 “La célula, características fundamentales” 12 12 14 16 17 20

Biología molecular y celular Introducción a la célula Teoría celular Evolución de células eucarióticas La endosimbiosis, un gran paso evolutivo Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma 20 Membrana celular 21 Composición

21 23 25 27 28 30 31 32

Funciones de la membrana Citoplasma y sus partes Núcleo Importancia del núcleo Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

60 61 62 62 62 64 64 65 66 67 68 68 69 70 71 75 77 80 82 83 84

Características de las mutaciones Factores que causan las mutaciones Consecuencias de las mutaciones Ventajas y desventajas de las mutaciones Tipos de mutaciones genéticas ¿Qué es el cáncer? Características de tumores benignos Características de tumores malignos Causas y factores que producen el cáncer Factores que inciden en el desarrollo del cáncer Cánceres más comunes en el ser humano Cáncer de pulmón Diagnóstico y síntomas Tabaquismo Cáncer de hígado Cáncer de cuello uterino Cáncer de seno Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

UNIDAD 2 “El ADN: Antes De Nacer” 36 Biología molecular y celular 36 Estudios de Watson, Crick y Franklin. El Proyecto Genoma Humano 36 Antecedentes de los estudios genéticos 39 Proyecto Genoma Humano 40 Aspectos éticos y legales 42 Ingeniería Genética y el descubrimiento de síndromes y enfermedades 43 Recombinación genética 43 Manipulación genética 44 Consecuencia de aumento o defecto de genes 46 Rol del ADN como el sistema genético de transmisión de la herencia 46 El ADN, su estructura y función 47 Formación de la cadena 50 Procedimiento de duplicación del ADN 52 Niveles de condensación de cromosomas 54 Transcripción y traducción del ADN 55 Proceso de transcripción de un gen 56 Traducción de ARNm 60 Mutaciones y cambios del ADN

UNIDAD 3 “Reproducción celular: divisiones que multiplican” 88 88 88 89 90 90 91 91 92 92 94 94 95 95 96 97

Reproducción celular Paso de la información genética a los hijos Ciclo Celular División celular en procariotas Proceso de Fisión Binaria en procariotas División celular en eucariotas Ciclo celular eucariótico Fases del ciclo eucariótico Citocinesis Duración del ciclo celular Reproducción celular: mitosis y meiosis Consideraciones generales Mitosis y sus funciones Fases de la mitosis Pasos de cada proceso de la mitosis Meiosis y sus funciones

100 101 102 103 106 106 107 108 108 110 111 112 114 115 116

Comparación entre los procesos mitosis y meiosis Entrecruzamiento de información genética Reproducción asexual y sexual Reproducción asexual Los virus: herramientas para el estudio de los genes Morfología de los virus Estrategias de reproducción de los virus Replicación viral Infecciones de virus en el ser humano y otros organismos Los virus: herramientas para el estudio de los genes Procedimiento para estudio de genes Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

UNIDAD 4 “Leyes de la herencia, somos quienes fuimos” 120 Reproducción celular 120 Las leyes de Mendel: patrones de herencia; genotipos y fenotipos 120 Nacimiento de un azar predestinado 121 El resurgimiento de un grande 122 Diseñando una experiencia heredable 123 Genotipo y fenotipo 124 Primera ley de Mendel – Ley de la Uniformidad 125 Segunda ley de Mendel – Ley de la Segregación de caracteres 125 Tercera ley de Mendel – Ley de la Segregación Independiente

127 127 128 134 134 135 136 138 140 141 142

Leyes y principios no mendelianos Codominancia o dominancia incompleta Grupos sanguíneos Teoría cromosómica de la herencia Descubrimiento de los genes del sexo, XX y XY Herencia ligada al sexo Trastornos genéticos por aumento o defecto de cromosomas sexuales Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

UNIDAD 5 “La dinámica del movimiento” 146 Cuerpo humano y salud 146 Estructura de los seres vivos multicelulares. Células especializadas, tejidos, órganos y sistemas 147 Organización celular 147 Homeostasis y osmorregulación 148 Diseñando una experiencia heredable 149 Especialización de células 150 Procesos respiratorio, circulatorio, digestivo y excretor, de osmorregulación y termorregulación en animales. 152 Sistema circulatorio y respiratorio 152 Sistema circulatorio 152 El corazón, sus partes y funcionamiento circulatorio 153 Pequeños puentes vitales 161 Sistema respiratorio 161 La ruta del oxígeno y el dióxido de carbono 162 Secreciones: buen equipo de limpieza 162 El diafragma: poderoso musculo respiratorio

163 164 164 164 167 169 169 170 170 171 172 176 178 179 180

Relaciones entre el sistema circulatorio y respiratorio Enfermedades que afectan a los sistemas circulatorio y respiratorio Infartos cardíacos y cerebrales Factores de riesgo Enfermedades respiratorias Estructura y función del sistema osteomuscular Composición y formación de huesos Origen y tipos de huesos Articulaciones y ligamentos Sistema muscular Tejido muscular estriado o esquelético Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa

196 196 197 199 200 202 203 204 206

El polen: célula sexual de las plantas El carpelo: gametofito femenino El proceso de la fecundación en plantas Reproducción en musgos y helechos Aplico y verifico mis conocimientos Síntesis de lo aprendido Proyecto Evaluación sumativa Biliografía

UNIDAD 6 “Estrategias de reproducción” 184 Biología animal y vegetal 184 Sistemas de reproducción en organismos multicelulares animales y vegetales: desarrollo embrionario 184 Reproducción en animales 186 Fases de la embriogénesis 194 Reproducción en plantas: alternancia de generaciones 195 Ciclo sexual de las plantas 195 Estructuras sexuales de las plantas: angiospermas

Evaluación diagnóstica 1. Observa la imagen de la célula eucariota y procariota. Escribe dos semejanzas y dos diferencia. Semejanzas 1.______________________________________ 2.______________________________________ Diferencias 1.______________________________________ © Ediciones Holguín

2.______________________________________

2. Identifica en las imágenes el organelo que es. Escribe su nombre y la función.

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Nombre:_____________________________

Función:_____________________________

3. Marca con una (X) dentro del paréntesis la opción correcta. 3.1 El bioma que tiene clima extremadamente frío y solo pocos tipos de plantas y animales pueden sobrevivir ahí es en la: A) Sabana (___) B) Taiga (___) C) Tundra (___) 3.2 El bioma más caliente y más seco de todos los biomas terrestres se llama: A) Humedal B) Chaparral C) Desierto

(___) (___) (___)

3.3 El bioma que posee abundantes pastos, flores y una estación seca y lluviosa es el: A) Pastizal B) Arrecife de coral C) Selva tropical 8

(___) (___) (___)

4. Escribe una lista de alimentos que posean los nutrientes fundamentales para cumplir las funciones orgánicas vitales de nuestro cuerpo. Justifica tu respuesta. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

5. Relaciona las clases de los músculos con sus respectivas características. COLUMNA A

COLUMNA B

1. Músculos Lisos

a) Tienen forma cilíndrica multinucleada

2. Músculos Esqueléticos

b) Tienen forma de huso uninucleada

3. Músculos Estriados

c) Tienen forma cilíndrica ramificada, uninucleada.

Opciones de respuesta: A) 1a, 2b, 3c B) 1b, 2a, 3c

C) 1b, 2c, 3a

Respuesta correcta: ______ 6. Escribe dentro del paréntesis el literal que corresponda a la función de los diferentes sistemas de nuestro organismo. Sistemas

Funciones

a) Sistema Óseo

(

) Lleva los nutrientes y el oxígeno a las células.

b) Sistema Nervioso

(

)

Sostiene la totalidad del cuerpo y le da forma , hace posible la locomoción.

c) Sistema Muscular

(

)

Recibe los estímulos que le llegan tanto del medio externo como interno del organismo.

d) Sistema Circulatorio

(

)

Ayuda a que el cuerpo permanezca estable y se mantenga firme con los huesos.

La célula, características fundamentales

10 10

Me conecto con las TIC Observa la historia del descubrimiento de la célula: httwww.dailymotion.com/ video/xbzug7_la-celula-avan-leeuwenhoek_school

Mapa de conocimientos • Introducción a la célula • Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma 11 11

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DCCD: 6.1 Indagar la historia del descubrimiento de la célula y analizar la importancia de los hallazgos asociados, para entender la evolución de la ciencia a través del tiempo y establecer los parámetros para la clasificación de los seres vivos. 6.2 Describir la estructura básica de la célula profundizando en los componentes fundamentales y estableciendo los elementos químicos y las biomoléculas que los componen para entender sus funciones en el desarrollo de los organismos vivos.

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Construyo mis conocimientos

Introducción a la célula Sabías que... La peste negra fue una enfermedad causada por una bacteria (Yersinia pestis), que se extendió desde Asia, hasta toda Europa, Eurasia y África en el año 1350. Transmitida por las pulgas de roedores, mató a más de 30 millones de personas.

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Máscara de médicos medievales que visitaban a los enfermos de peste bubónica o negra.

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Fig. 1. Dibujo anatómico de un feto en el vientre, realizado por Leonardo Da Vinci, en el siglo XV.

La expectativa de vida del ser humano, en la Edad Media (siglo V hasta Siglo XV), era de 40 años. Los grandes señores de los feudos, la nobleza y los reyes tenían mejor calidad de vida por sus recursos. Las poblaciones compuestas por gente del campo y comerciantes subsistían apenas con alimentos básicos.

Sabías que...

Las condiciones de higiene y salud pública eran casi inexistentes, llegando al punto de botar a la calle por las ventanas, los desechos fecales y orina, en los poblados.

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Fig. 2. Instrumental médico utilizado en el siglo XVI. Se operaba en condiciones de higiene muy pobres y no existía la anestesia.

La Real Sociedad (Royal Society) de Londres fundada entre 1645 y 1660, fue el primer intento de reunir a científicos y debatir sus descubrimientos. Isaac Newton, Robert Hooke, Benjamín Franklin, Charles Darwin, Robert Boyle e incluso Leeuwenhoek han sido miembros y algunos presidentes. Sigue vigente actualmente y Paul Nurse es su presidente actual.

La necesidad de médicos y de curas para enfermedades tan antiguas como el cáncer, así como enfermedades de tipo bacteriano que florecían por la falta de hábitos de limpieza dieron paso a “médicos” y curanderos oportunistas que ofrecían toda clase de tónicos para curar todo tipo de males. shutterstock

La costumbre del baño diario no existía en ese tiempo. Incluso los reyes tomaban solo baños mensuales. Los afeites, perfumes y tónicos eran los “jabones” de la época y los problemas de piel, de dientes y encías, así como infecciones urinarias y sexuales dominaban la escena de aquellos días. Los ancianos eran gente erudita o monjes y sacerdotes con posibilidades de educación y por lo tanto con acceso a alimentos de mayor calidad. En conclusión, durante 1 000 años, la calidad de vida fue muy pobre, la expectativa de vida no superaba los 40 años, las enfermedades pululaban en los centros de las ciudades más pobladas y los avances en medicina fueron pocos y de casi nulo rigor científico. En el siglo XVIII, los investigadores de la época formaron grupos de ciencia y crearon la Real Sociedad, en Inglaterra, para dar a conocer los avances científicos entre colegas y debatir la autenticidad o credibilidad de sus descubrimientos. Uno de sus integrantes, Robert Hooke (16351703) pudo identificar las primeras células al microscopio.

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Fig. 3. Lámina de corcho muerta vista al microscopio, como debió verlo Robert Hooke.

Eran unas celdillas (de ahí el nombre de célula) (figura 3), en forma de panal de abeja, en un pedazo de árbol de corcho que al morir dejaron la estructura seca y vacía de las paredes celulares. Se abrió el camino al conocimiento y el descubrimiento de todo un mundo microscópico, que dio respuestas a tantos interrogantes del origen de la vida y de las causas de las enfermedades de aquella época y a futuro. 13

Árbol de corcho, cuya corteza se extrae para elaboración de diversos materiales y estructuras.

Teoría celular Leo y recuerdo

TEORÍA CELULAR

El creador del microscopio fue Zacharias Janssen en 1590. Hooke y Leeuwenhoek en el transcurso de una década (1665 a 1675) publicaron investigaciones acerca de la célula, las bacterias, protozoos y espermatozoides. Desde 1831 hasta 1855, los postulados de Schleiden, Schwann y Virchow dieron origen a la Teoría Celular. Los secretos de la reproducción empezaron a desvelarse en 1885 cuando August Weissman (18341914) esgrime la función del plasma germinativo (espermatozoides y óvulos). Desde 1888 hasta 1952, se descubrieron los organelos y se profundizó el estudio del ADN.

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Micrografía de un protozoario ciliado gigante, de máximo 1 mm de largo.

Las células son la unidad básica de la estructura y funcionamiento de los organismos vivos.

Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.

Las células nuevas se forman a partir de células preexistentes que contienen el material hereditario del organismo.

Gráfico 1. Enunciados de la Teoría celular.

Con los descubrimientos del microscopio, por el holandés Anton van Leeuwenhoek (16321723), y con los avances realizados por Hooke, el conocimiento de la célula se hizo más completo y por lo tanto el desarrollo de la Biología y el estudio de los organismos vivos. Desde el siglo XVII hasta el XIX, muchos científicos estudiaron la estructurad de la célula y sus partes. En 1831, Robert Brown (1773-1857) descubrió algo en común en todas las células: una estructura a la cual llamó, el núcleo. Recopilando información de varios colegas, a través del tiempo, tres científicos enunciaron una teoría celular (gráfico 1), que en conjunto podía aplicarse a todas las células animales y vegetales. Ellos fueron: Matthias Jakob Schleiden (1804-1881), Theodor Schwann (18101882) y Rudolph Virchow (1821-1902). Sus aportes ayudaron a establecer las bases de la Biología celular y dejar atrás el concepto erróneo acerca del origen de la vida por generación espontánea que permaneció vigente por muchos siglos hasta entrado ya los siglos XVIII y XIX. Con los experimentos de John Turberville Needham (1713-1781), Lazzaro Spallanzani (1729-1799) y Louis Pasteur (1822-1895) se empezó a refutar esa teoría para dar paso a las nuevas teorías de la evolución expresadas por Charles Darwin, siglos más tarde.

Células procariotas y eucariotas Uno de los principios que rigen el estudio de las células a partir de su historia, es que todas las células tienen membrana celular, material hereditario y citoplasma. Sin embargo, las formas, número de células, los tamaños y la presencia de alguna u otra estructura dividen las células en procariotas y eucariotas.

Células procariotas Las células procariotas o procariontes forman organismos de una sola célula, como bacterias y algunas arqueas. Su característica más representativa es que su material genético se encuentra libre en el citoplasma, en ausencia de una membrana nuclear (tabla 1). 14

Leo y recuerdo

Tabla 1. CARACTERÍSTICAS DE CÉLULAS PROCARIOTAS

• El ADN está libre en el citoplasma ante la ausencia de membrana nuclear. • Organismos formados por una sola célula (unicelulares)

Los organismos procariotas pertenecen al dominio Bacteriae y/o Archaea compuestos por una sola célula.

• El tamaño de los organismos procariotas no supera las 10 micras. • Se reproducen por medio de sistema llamado fisión binaria, proceso de reproducción del organismo por medio de la duplicación de su cadena de ADN y posterior división de la célula original, en dos células hijas idénticas. • No tienen organelos especializados como cloroplastos o mitocondrias, aunque algunos tienen pigmentos.

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Bacteria procarionte en forma de coco, característica de estafilococos.

• Los pocos organelos presentes no tienen doble membrana. • Los ribosomas son de tamaño más pequeño (70s). • Su citoplasma suele contener fragmentos de ADN adicional (plásmidos) con los cuales reemplazan segmentos de la cadena de ADN, adquiriendo funciones nuevas. • Adquieren diferentes formas: circulares o cocos, bastones y espirilos y pueden formar cadenas.

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Bacteria en forma de bastón típica de bacterias que producen la tuberculosis o infección por salmonelas.

• Utilizan enzimas para diversas reacciones químicas como la captación de luz para la síntesis de moléculas energéticas. • Todos los organismos procariontes pertenecen al dominio Archaea y/o Bacteriae. • La pared celular de estos organismos está formada por carbohidratos de tipo celulosa y algunos péptidos. • Carecen de flagelos especializados por lo cual no se mueven y los pocos que lo hacen, tienen flagelos muy simples. © Ediciones Holguín

Células eucariotas Son células que conforman a organismos pertenecientes al dominio Eukarya y sus correspondientes reinos Plantae, Animalia, Fungi y Protistas y su característica más descriptiva es que el ADN de sus células se encuentra delimitado por una membrana nuclear (tabla 2). Son mucho más especializadas y forman desde estructuras simples como organismos unicelulares eucarióticos, hasta tejidos y órganos muy bien diferenciados.

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Bacterias en forma de espirilos, características de la sífilis.

Me conecto con las TIC Observa el siguiente video para profundizar tus saberes: www.youtube.com/ watch?v=ijyFERaDvMU

Tabla 2. CARACTERÍSTICAS DE CÉLULAS EUCARIOTAS

• Organismos formados por dos o más células. • Células con tamaños mayores a 10 micras de tamaño. • El ADN se encuentra delimitado por una membrana nuclear por lo cual se les denomina organismos con núcleo verdadero. • Tienen organelos de doble membrana como las mitocondrias y los cloroplastos. • Células con presencia de organelos especializados como retículo endoplasmático, mitocondrias, cloroplastos, vacuolas, aparato de Golgi, centriolos, lisosomas, etc. • Células con flagelos y cilios de estructura más compleja. • Organismos forman parte del dominio Eukarya, y reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista. • La pared celular de algunos organismos está compuesta por celulosa y en los animales el exoesqueleto es de quitina.

Evolución de células eucarióticas

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Fig. 4. Los protistas son organismos eucariotas. Se observan paramecios y amebas.

El origen de estas células propuesto por Lynn Margulis (1938-2011) ha sido de mucho interés científico al tratar de entender el paso evolutivo y muy significativo de procariotas a eucariotas. De acuerdo a lineamientos evolutivos puede decirse que las primeras formas de vida eran muy sencillas y solo pueden establecerse ciertas conjeturas acerca de cómo pudieron formarse y unirse unas cuantas moléculas de fosfolípidos hasta rodear alguna molécula de ADN y, después de millones de años, poder hablar de una célula muy primitiva: los procariotas. Por medio de fósiles se ha podido establecer la presencia de estas primeras células. Estas pruebas se han encontrado en algunos lugres de Australia, en formas muy curiosas junto a las playas: son los estromatolitos o acumulaciones de estas primeras fosilizadas en el cieno y que pertenecen a uno de los dominios que veremos más adelante.

Ningún cambio evolutivo se da de manera inmediata, aunque las mutaciones sí ocurran en un momento dado; pero, al hablar de evolución se está hablando de una especie y no de un individuo solamente, sino de las características mutadas de un individuo que tras cientos de generaciones siga conservando las características modificadas, hasta ser una especie, compuesta de muchos individuos, y que difieren del organismo original. De acuerdo a Purves, Sadava, Orians & Heller (2003, p. 475) las células eucariontes se formaron a través de varios pasos evolutivos sin discernir especialmente un cálculo de tiempo entre uno y otro paso y que siguen siendo hipótesis para explicar el paso organismos procariotas a eucariotas como el pulpo rojo (Octupus maya) (figura 5). Las primeras bacterias (Archaea) primitivas tuvieron paredes celulares rígidas de acuerdo a comparaciones de los fósiles ya mencionados con formas modernas de este grupo. Después de algunos procesos evolutivos, la molécula de ADN fue cubierta por una membrana, y algunos organelos se especializaron en fotosíntesis (recuerda que la atmósfera primitiva era de tipo reductora y luego se tornó oxidativa) para obtener energía a través del Sol y el CO2. A pesar de no tener muchas pruebas científicas del paso evolutivo de procariotas a eucariotas, cuya diversidad de vida aumentó tanto en formas como en número de especies, sí puede observarse los cambios que tuvieron lugar y esbozar hipótesis acerca de cómo ocurrió. Veamos algunos de esos cambios.

1. Pérdida de pared celular rígida. 2. Evolución de un citoplasma sencillo a una red de proteína citoplasmática más estructurada llamada citoesqueleto. 3. Origen de una membrana nuclear que limita al ADN, antes suelto en el citoplasma. 4. Implementación de organelos más complejos con doble membrana.

La endosimbiosis, un gran paso evolutivo La endosimbiosis, como su nombre lo da a entender, es una relación interna (endo) de ayuda mutua entre dos o más especies. Existen situaciones, como en el caso del ser humano, en donde las reacciones digestivas dependen en gran medida de la acción de bacterias (Lactobacillus sp.) que habitan en el intestino y que hacen parte de la flora bacteriana para la obtención de nutrientes de los alimentos consumidos. Según Curtis y Schneck (2008), esta fue la manera en la cual la diversificación, la sustentación de la vida y sus procesos tuvieron lugar. Cuando la atmósfera primitiva cambio de reductora a oxidativa, la fotosíntesis entró en el escenario y los cloroplastos y mitocondrias realizaron su papel de obtención de energía.

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Fig. 5. Los cefalópodos son eucariotas con estructuras muy especializadas. En la imagen un organismo del pulpo rojo u Octupus maya.

Sin embargo, los organismos procariotas no tienen organelos fotosintéticos. Por esta razón, se sugiere que algunas bacterias primordiales como cianobacterias y algas verdes eran células mitocondriales o cloroplastos primitivos que pasaron de ser quimio- sintéticos a fotosintéticos. Esta nueva forma de supervivencia resultó muy efectiva, puesto que antes la atmósfera era reductora y el oxígeno presente podría ser mortal para organismos anaerobios. Otras bacterias, incapaces de realizar estos procesos químicos con la luz solar, se fusionaron entonces simbióticamente con estas bacterias, y fueron incorporadas de alguna manera, posiblemente por fagocitosis a la bacteria más grande, dando origen a una célula eucariota a una célula primitiva especializada. Ésta sería un tipo de endosimbiosis primaria (gráfico 2) (ocurre una vez). También hay endosimbiosis secundarias y terciarias (dos y tres veces) en donde se fueron incorporando otras estructuras u organismos primitivos, lo cual se sustenta por el número de membranas dobles que hay en los cloroplastos y las mitocondrias y por el número de núcleos residuales. La presencia de diferentes estructuras y nuevos organelos especializados permitieron, hasta hoy día la diversificación, la sustentación y una explosión de enormes variedades y especies así como las adaptaciones para sustentar la vida y sus procesos.

Cianobacteria

Endosimbiosis primaria Algas rojas Eucariota ancestral

Algas verdes

Plástido

Endosimbiosis secundaria

Plástido

Gráfico 2. Origen de la endisimbiosis. Procesos de endosimbiosis en donde se incorporan estructuras orgánicas muy simples (bacterias fotosintéticas o quimiosintéticas muy primitivas) que dieron origen a células eucariotas más complejas y especializadas.

Filogenia de los seres vivos Los procesos evolutivos, desde hace más de 3 000 millones de años, han dado paso a diferentes clasificaciones de millones de especies. La clasificación que actualmente se acepta está basada en uno de los parámetros que más exactitud brinda en cuanto a filogenia: el ARN ribosomal. Realizada por Carl Wöese, (1928-2012) (gráfico 3), está basada en análisis de ARN presente en los ribosomas de procariotas y eucariotas, el cual poco ha cambiado desde las primeras células, permitiendo las comparaciones entre diversas moléculas de ARN y la creación del nuevo dominio Archaea. Los organismos vivos (los virus no están presentes puesto que no son considerados organismos vivos) se presentan en el siguiente gráfico: FILOGENIA POR WÖESE

ÁRBOL FILOGENÉTICO DE LA VIDA Bacteria

Spirochaetes Proteobacteria cianobacteria Planctomyces Bacteroides Cytophaga

Archaea Bacteria Verde Filamentosa Gram positiva

Eukarya

Entamoeba

Methanosarcino Methanobacterium Halófilos Methanococcus T. Celer Thermoproteus Pyrodicticum

Myxomycota Animales Fungi Plantas Ciliophora Flagelados Tricomonadas Microsporidias

Thermotoga

Diplomonadas

Aquifex

Gráfico 3. Dominios y reinos de Organismos. El árbol filogenético propuesto por Wöese expone un nuevo dominio llamado Archaea, más primitivo que las bacterias pero que muestra mayor cercanía con los organismos eucarióticos. Todos los organismos tienen un ancestro común, posiblemente un procariota con estructuras muy básicas.

Trabajo y aprendo En tu cuaderno de trabajo responde los enunciados 1, 2 y 3: 1. Analiza el texto y responde: ¿Por qué razón la expectativa de vida en la Edad Media era de 40 años? 2. Describe la importancia del descubrimiento de la célula relacionado a los avances en la salud y cómo benefició la calidad de vida a partir del siglo XVIII. 3. Explica con tus palabras los principios de la Teoría Celular. 4. Reúnete en pareja y realiza una actuación en donde uno sea un organismo procariota y el otro un organismo eucariota. Utiliza materiales reciclados para crear las características de cada uno. 19

Exploremos los conocimientos • • •

¿Sabes cómo se alimentan las células? ¿Por qué es tan importante el agua para los órganos? ¿Qué partes de la célula intervienen en la reproducción?

Desequilibrio Cognitivo Si hay resequedad en la piel, ¿hay resequedad de órganos? Sabías que... La membrana celular es selectivamente permeable, lo cual significa que, debido a sus componentes, recibe diversas señales químicas para permitir, impedir o regular la vía de entrada o salida de sustancias y moléculas.

Me conecto con las TIC Descubre más información en el siguiente video acerca de la composición de la membrana celular: www.youtube.com/ watch?v=0VTUWh27jH0

Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma Todos los organismos vivos provienen de un mismo ancestro que a través del tiempo y los procesos evolutivos se han separado en diferentes ramas dando lugar a su vez, a diferentes especies. Las diversas formas, tamaños y componentes celulares de todos los organismos conocidos, manejan sin embargo tres aspectos en común: todas tienen membrana celular, núcleo (ADN) y citoplasma.

Membrana celular La membrana celular es una estructura fundamental con funciones muy importantes y que no pudo ser observada hasta la llegada del microscopio electrónico. Hasta entonces, los científicos sabían que estaba presente pues contenía el citoplasma, pero su grosor era tan delgado que no podía verse como tal bajo la lente de un microscopio normal. Muchos modelos se propusieron desde el año 1890 hasta 1972, cuando S. J. Singer y G. Nicolson expusieron el modelo de Mosaico Fluido (gráfico 4.) para explicar el funcionamiento de la membrana. Se llamó mosaico debido a los componentes de la misma y la forma como están organizados dentro de la membrana y es fluida puesto que algunos de estos componentes pueden moverse dentro de la membrana, debido a su composición de tipo oleoso.

Gráfico 4. Estructura de la membrana celular. Componentes de la membrana celular, en donde visualizamos las proteínas insertadas especializadas en transporte de moléculas, También están presentes moléculas de colesterol, glucoproteínas y glucolípidos. Se observa la doble capa de fosfolípidos que permite el paso de sustancias tanto hidrofílicas como hidrofóbicas.

Composición La membrana celular está compuesta básicamente de tres componentes orgánicos (gráfico 5) en diferentes cantidades y formas químicas: lípidos, proteínas y carbohidratos (tabla 3).

Lípidos • Bicapa de

fosfolípidos • Colesterol

Proteínas

Carbohidratos

• Proteínas periféricas • Proteínas

• Glucolípidos

intermembranales • Proteínas superficiales

• Glucoproteínas • Oligosacáridos

Gráfico 5. Compuestos biomoleculares de la membrana celular.

Funciones de la membrana Todas las células ya sean de tipo procariota o eucariota tienen membrana celular, tal como lo propone la Teoría Celular, esbozada a través de las investigaciones realizadas por científicos europeos como Schleiden, Schwann y Virchow en el siglo XIX (figura 6, 7, 8). •

Permitir el paso de entrada y salida de sustancias desde y hacia la célula.

•

Dar forma a la célula conteniendo el citoplasma y sus organelos.

•

Protección contra agentes externos

•

Recepción de señales químicas para reaccionar ante los cambios de concentración.

•

Permite la interconexión entre células vecinas.

•

Comunicación de fluidos y sustancias entre tejidos de diferentes órganos.

•

Mantener el equilibrio homeostático de la célula y por lo tanto de los organismos.

Buen vivir wikimedia.org

Fig. 6. Matthias Jakob Schleiden

La alimentación repercute directamente en la calidad celular de la piel externa como en las células de órganos y tejidos. Recuerda integrar a tu dieta diaria alimentos que contengan lípidos, proteínas y carbohidratos siempre en justa medida de acuerdo a tu edad y estilo de vida.

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Fig. 7. Friedrich Theodor Schwann

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Fig. 8. Rudolf Ludwig Carl Virchow

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Sabías que...

Tabla 3. COMPONENTES Y FUENTES ORGÁNICAS DE LA MEMBRANA

Las células de los tejidos se comunican entre ellas por medio de puentes de naturaleza proteica de origen citoplasmático y que en las células animales se llaman desmosomas y en las células vegetales, plasmodesmos.

FUENTES DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS DE LA MEMBRANA

DESCRIPCIÓN

LÍPIDOS Fosfolípidos: doble capa de la membrana celular, con carácter anfipático; cabezas de fósforo orientadas hacia exterior (hidrofílicas) y cuerpo de lípidos hacia el interior (hidrofóbicas). Colesterol: moléculas insertadas dentro de la capa fosfolipídica. Moléculas pequeñas que ocupan los lugares vacíos en la membrana e intervienen en la fluidez (mosaico fluido), y permeabilidad de la membrana. shutterstock

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Corte de un tejido animal que muestra la unión (desmosomas) entre las células que lo componen.

PROTEÍNAS

Transmembranales o integradas: insertadas en la membrana, atraviesan todo el grosor de la misma. Tienen canales internos que permiten el paso de moléculas de mayor peso. Sin movilidad dentro de la membrana. Periféricas: están parcialmente insertadas en la membrana. Pueden moverse dentro de la membrana.

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Superficiales: se encuentran ubicadas en el exterior de la membrana. Pueden insertarse en caso dado.

CARBOHIDRATOS Glucoproteínas: glúcidos asociados a proteínas y ubicados en la parte exterior de la membrana. Esenciales para reconocimiento de grupos sanguíneos y de naturaleza hormonal, enzimática o inmunológica. Glucolípidos: orientados hacia la parte exterior de la membrana y su función es de reconocimiento celular y antigénico (inmunológico). shutterstock © Ediciones Holguín

Citoplasma y sus partes El citoplasma puede definirse como el espacio en donde tienen lugar los procesos metabólicos de la célula, pues contiene a todas las estructuras necesarias para todas las funciones celulares: núcleo, mitocondrias, cloroplastos (sólo en células vegetales), aparato de Golgi, retículos endoplásmicos, lisosomas, centriolos (sólo en células animales), peroxisomas y vacuolas. Se compone de un gel formado por agua (80%) y compuestos proteicos. La cantidad de agua que entra o sale de la célula define la textura de este gel. Los organelos no se encuentran flotando en el citoplasma sino que están contenidos por filamentos proteicos o túbulos (gráfico 6) que forman la red del citoplasma. Cuando estos túbulos salen al exterior de la membrana forman los flagelos y cilios de algunos organismos. En general, la suma del agua, los compuestos proteicos y los filamentos o microtúbulos se denomina citoesqueleto.

Gráfico 6. Estructura del citoplasma con filamentos proteicos.

Composición y funciones del citoesqueleto • Microtúbulos de proteína. • Proteína: tubulina.

Composición

• Conformación de 9 túbulos circulares y 2 centrales (flagelos). • Conformación de nueve tripletas de de microtúbulos (centriolos).

• Interviene en el movimiento celular.

Funciones

• Forma los centriólos de huso en la mitosis y meiosis. • Da sostén al citoplasma y a la célula. • Sostiene a los organelos en el citoplasma. © Ediciones Holguín

Tabla 4. Composición y funciones del citoesqueleto.

Organelos del citoplasma Los organelos presentes en los organismos eucariotas (tabla 5) son prueba de la evolución de las especies y de la especialización en funciones de cada nueva especie. Una de las diferencias entre organismos simples en comparación a organismos complejos, son las membranas dobles de algunos organelos. Estas estructuras fueron insertándose dentro del citoplasma (teoría endosimbiótica) de eucariotas para cumplir funciones de energía en el caso de las mitocondrias y de fotosíntesis en el caso de los cloroplastos. Es la red proteica que forma el citoesqueleto dentro del citoplasma el que sostiene los organelos. Revisemos algunos de los organelos principales y sus funciones: Tabla 5. COMPONENTES Y FUNCIONES DE LA CÉLULA ORGANELO

FUNCIÓN

MITOCONDRIAS

Estructuras de forma ovoide o tubular con doble membrana. Membrana interna doblada sobre sí misma formando crestas. El aumento de área permite un mayor número de enzimas respiratorias para la producción de energía para la célula. El espacio entre las membranas se denomina matriz y de característica semisólida tiene sales, solutos, enzimas y nutrientes. 0.3 y 1 micrón de diámetro y 1 a 10 micrones de largo.

CLOROPLASTOS

Organelos de diferentes formas de acuerdo a las especies y varían en tamaño entre 1 y 10 micrones. Citoplasma separado de la membrana citoplasmática por medio de dos estructuras membranosas. Sistema adicional de membranas que conforman el estroma. También hay grupo de granas que contienen a pilas de tilacoides. Las membranas son permeables a iones y solutos. Contienen pigmentos para la fotosíntesis como clorofila, carotenoides y ficobilinas.

APARATO DE GOLGI

Su función es modificar algunas proteínas antes de su empaquetamiento, para exportar al fluido extracelular. Sistema de membranas lisas y pequeñas vesículas aplanadas membranosas. Las láminas aplanadas son de 0.5 y 1 micrones de diámetro.

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Mitocondria

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Cloroplasto

Conjunto de membranas de origen nuclear que se encargan de RETÍCULO las síntesis y distribución de proteínas formadas por los ribosomas ENDOPLASMÁTICO asociados al retículo endoplasmático rugoso.

LISOSOMAS

Estructuras pequeñas que contienen enzimas hidrolíticas como las hidrolasas ácidas que intervienen en la digestión celular de moléculas principales como proteínas, lípidos y carbohidratos. Intervienen en la autodegradación de tejidos como en la metamorfosis, en la desaparición del cuerpo lúteo y en el rompimiento de la membrana del óvulo por parte del espermatozoide mediante lisosomas en el acrosoma.

MICROCUERPOS

Estructuras ovoides de enzimas muy variadas y diversas funciones de acuerdo a la especie. También llamados peroxisomas cuya función es eliminar peróxidos y algunos metabolitos respiratorios. Uno de sus componentes es el urato oxidasa y catalasas. Miden de 0.2 a 1.7 micrones.

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Aparato de Golgi

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Retículo endoplasmático

Fuente: Purves, Sadava, Orians y Heller (2003)

Núcleo Fue descubierto por Robert Brown en 1831, como una estructura común y presente en todas las células. El núcleo es el motor que permite el funcionamiento de la célula en todos los sentidos. Contiene los ácidos nucleicos que son el ADN (Ácido desoxirribonucleico) y el ARN (Ácido ribonucleico). Estos ácidos tienen la información necesaria para transmitir la herencia tanto de células procariotas, organismos unicelulares y pluricelulares eucariontes. Puedes leer sus partes en la Tabla 6.

Sabías que... Los descubrimientos del ADN y ARN presente en las células han permitido conocer información acerca de:

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Fig. 9. El núcleo contiene la información genética de los organismos y es el motor para la reproducción celular de cada célula de los individuos.

Tabla 6. CARACTERÍSTICAS Y PARTES DEL NÚCLEO ESTRUCTURAS NUCLEARES

DESCRIPCIÓN Y FUNCIONES

Envoltura nuclear

Sistema de doble membrana que separa el núcleo de los componentes del citoplasma. Contiene poros para permitir el paso del ARN mensajero.

Nucléolo

Estructura polimorfa contenida en el núcleo. Sintetiza el ARN ribosomal que formará los ribosomas y las proteínas. Presente cuando la célula no está en fase de división celular. Ausencia de membrana.

Cromatina

Fibras de ADN sueltas en nucleoplasma, en forma desordenada cuando no hay división celular. En el momento de división, se forman los cromosomas.

Nucleoplasma

Permite las reacciones químicas que suceden en el núcleo.

Cromosomas (que se tiñen Estructuras conformadas por cadenas de ADN y miles de de color) genes. Genes

Secuencias específicas de ADN con información genética. Fuente: Purves, Sadava, Orians y Heller (2003)

• Paternidad • Filogenia de organismos vivos • Causas de enfermedades • Prevención de enfermedades • Tratamientos efectivos para síndromes y enfermedades • Ingeniería genética aplicada a las ciencias biológicas y químicas asociadas a la salud • Banco de genes para preservación de especies a futuro • Identificación de criminales

Dentro de las funciones relacionadas al núcleo, además de la división celular, está la síntesis de proteínas. Para estos procesos, la membrana nuclear (figura 10) continúa en un conjunto de pliegues muy doblados sobre sí mismos que conforman el retículo endoplásmico ya en el exterior del núcleo, en el citoplasma.

Dato curioso Los glóbulos rojos expulsan sus núcleos cuando han madurado y aumentan así la superficie de fijación de O2.

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Desequilibrio Cognitivo ¿Si los glóbulos rojos expulsan el núcleo (un ADN), de dónde se extrae el ADN en muestras para determinar e identificar presuntos criminales?

Gráfico 7. Componentes de la célula eucariota. Estructura de la célula, con el núcleo (azul) y su nucléolo. Desde la membrana nuclear se desprenden las membranas plegadas que conforman el retículo.

Estas membranas cumplen un papel fundamental para la síntesis, empaquetamiento y distribución de proteínas para la utilización de la misma célula y para exportar al líquido extracelular para su distribución a otras partes del cuerpo en el organismo.

Los organelos asociados a estas membranas son los ribosomas, compuestos de ARN ribosomal y que se componen de dos unidades de diferentes tamaños y con diversas funciones entre ellas. Básicamente, reciben el ADN mensajero que trae la información genética desde el núcleo, mediante el Código Genético que será traducido en la sección media del ribosoma para sintetizar las proteínas seleccionadas por el núcleo de acuerdo a la demanda y necesidades del cuerpo y del organismo. El núcleo es la estructura más grande la célula y tiene una dimensión aproximada de 5 micras en las células animales. Podemos resumir las funciones del núcleo en el siguiente cuadro (gráfico 8):

FUNCIONES DEL NÚCLEO

Duplicación del ADN

Síntesis de proteínas

Producción y ensamblaje de proteínas en los ribosomas

Reproducción celular

Centro de control de actividades

A través del ADN

Gráfico 8. Funciones y actividades del núcleo.

Importancia del núcleo Las tres estructuras descritas anteriormente tienen importancia fundamental para el desarrollo, crecimiento y reproducción de los seres vivos. Si una célula careciera de cualquiera de estos tres componentes, no podría cumplir con las funciones vitales de los organismos. Sin embargo, el núcleo es el centro que controla todas las acciones que tienen lugar dentro de la célula.

Me conecto con las TIC Observa el siguiente video acerca de las partes y funciones del núcleo celular. https://www.youtube.com/ watch?v=54fEjEVDQU8

Dato curioso

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En los exámenes de ADN para saber el parentesco entre individuos es necesaria una muestra mínima de sangre, aunque tengan miles de años.

Fig. 10. La manipulación del ADN, por parte del ser humano, abrió las puertas a un mundo desconocido y lleno de posibilidades que ha permitido el conocimiento acerca de las especies, su organización, funcionamiento y su evolución.

Los procesos evolutivos se deben principalmente, al contenido hereditario del núcleo. Audesirk, Audesirk & Byers (2013 p.286) describe que la evolución es posible gracias a los cambios en las frecuencias de los alelos que componen los individuos de una población, a través del tiempo. Por lo tanto, además de poseer la información genética que determinará las características físicas, estructurales, morfológicas y de algunas conductas de las especies, y que las definen como tal, el núcleo es la base de la evolución y de los cambios a través del tiempo entre los individuos, las poblaciones y las comunidades. Los procesos que sigue el ADN para determinar la configuración de un individuo son complejos y no exentos de cambios azarosos que producen las mutaciones en la secuencia de bases que componen las cadenas de ADN y de ARN. Estos procesos se denominan transcripción, traducción y forman el Código Genético.

Trabajo y aprendo En tu cuaderno de trabajo: 1. Explica por qué razón es importante consumir en la dieta los tres tipos de biomoléculas como los lípidos, carbohidratos y proteínas relacionado a la estructura de la membrana celular. 2. Describe cuál es la importancia del núcleo para los organismos vivos. 3. Escribe las funciones y estructuras del núcleo. 4. ¿Cuál es la importancia para los organismos vivos en relación a que la membrana celular sea selectivamente permeable? 5. Analiza y responde: ¿Qué sucedería si el citoplasma no tuviera un citoesqueleto?

Aplico y verifico mis conocimientos 1. Describe ampliamente cómo era la vida y la salud de los seres humanos durante la Edad Media. Utiliza la información del texto e investiga en Internet para ampliar la información. Escribe una carilla con tus hallazgos. 2. Describe las funciones de los siguientes organelos: Cloroplastos: __________________________________________________________________________ Mitocondrias: __________________________________________________________________________ Aparato de Golgi: _______________________________________________________________________

Evaluación continua

Retículo Endoplástico: ___________________________________________________________________ 3. Investiga en Internet ¿Cuáles fueron los conceptos de la generación espontánea y del creacionismo?

GENERACIÓN ESPONTÁNEA

CREACIONISMO

4. Escribe en tu cuaderno la biografía de los siguientes científicos: Matthias Schleiden, Teodor Schwann y Rudolph Virchow. Asimismo, explica cuál fue la importancia de sus hallazgos para el entendimiento de los seres vivos. 5. Investiga y escribe cinco ejemplos de organismos procariotas y cinco ejemplos de organismos eucariotas. ORGANISMOS PROCARIOTAS

ORGANISMOS EUCARIOTAS

Aplico y verifico mis conocimientos 6. Reúnanse en grupo y desarrollen un Powerpoint que presente la teoría de Lynn Margulis en el siglo XX acerca de la endosimbiosis, en los avances de la ciencia y de los procesos evolutivos relacionados con la fotosíntesis. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 7. Describe la estructura proteica del citoplasma y su citoesqueleto.

_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 8. Marca con una X la ubicación de las siguientes ramas en el dominio que corresponda: Rama de organismos

BACTERIA

ARCHAEA

EUKARYA

Spirochaetes Flagelados Animales Halófilos Entamoeba Aquifex Plantas Fungi

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

Conocimientos 1. El núcleo es el organelo sin el cual no tendrían lugar las actividades celulares. 2. La membrana celular es selectiva gracias a su bicapa de fosfolípidos. 3. La teoría Celular abrió el camino para el entendimiento del funcionamiento de los procesos celulares en los seres vivos. 4. La endosimbiosis explica los procesos evolutivos de los organismos fotosintéticos.

Por alcanzar

Evaluación continua

_____________________________________________________________________________________

Síntesis de lo aprendido

UNI

D DA

Biología molecular y celular Introducción a la célula

En el siglo XVIII, los investigadores de la época formaron grupos de ciencia y crearon la Real Sociedad, en Inglaterra, para dar a conocer los avances científicos entre colegas y debatir la autenticidad o credibilidad de sus descubrimientos. Así se abrió el camino al conocimiento y el descubrimiento de todo un mundo microscópico, que dio respuestas a tantos interrogantes del origen de la vida y las causas de las enfermedades de aquella época y a futuro. Células procariotas: las células procariotas o procariontes forman organismos de una sola célula, como bacterias y algunas arqueas. Su característica más representativa es que su material genético se encuentra libre en el citoplasma, en ausencia de una membrana nuclear. Células eucariotas: son células que conforman a organismos pertenecientes al dominio Eukarya y sus correspondientes reinos Plantae, Animalia, Fungi y Protistas y su característica más descriptiva es que el ADN de sus células se encuentra delimitado por una membrana nuclear. Son mucho más especializadas y forman desde estructuras simples como organismos unicelulares eucarióticos, hasta tejidos, y órganos muy bien diferenciados.

Estructura básica de las células: membrana, núcleo y citoplasma Membrana celular: todas las células ya sean de tipo procariota o eucariota tienen membrana celular, tal como lo propone la Teoría Celular. Una de sus funciones es permitir el paso de entrada y salida de sustancias desde y hacia la célula, mantener el equilibrio homeostático de la célula y por lo tanto de los organismos. Núcleo: el núcleo es el motor que permite el funcionamiento de la célula en todos los sentidos. Contiene los ácidos nucleicos que son el ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y el ARN (Ácido ribonucleico). Estos ácidos tienen la información necesaria para transmitir la herencia tanto de células procariotas, organismos unicelulares y pluricelulares eucariontes. El citoplasma: puede definirse como el espacio en donde tienen lugar los procesos metabólicos de la célula, pues contiene a todas las estructuras necesarias para todas las funciones celulares: núcleo, mitocondrias, cloroplastos (sólo en células vegetales), aparato de Golgi, retículos endoplásmicos, lisosomas, centriolos (sólo en células animales), peroxisomas y vacuolas.

Proyecto Viajemos a través de la membrana

Objetivos • Conocer los componentes de la membrana. • Aprender las funciones de cada componente de la membrana. • Visualizar la dinámica de las sustancias que entran o salen a través de la membrana. • Reconocer la importancia biológica de la Membrana celular en el desarrollo de los organismos vivos. Materiales • Materiales reciclados tales como telas, sábanas, cartones, cartulinas, botellas, tapas, pelotas de espumafón, bolas ping pong, canicas, elásticos, alambres, etc. • Pinturas acuarelas, temperas, marcadores, plastilina, goma, pinceles, colores, tijeras, etc.

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Procedimientos 1. Entre todos los alumnos de la clase, deberán crear un modelo de membrana en forma de instalación, en donde otros alumnos podrán aprender el recorrido que tiene una sustancia para pasar o salir a través de la membrana. 2. Varios alumnos serán asignados para interpretar roles como: iones, agua, sales, y sustancias varias que quieren entrar a la célula o salir de ella. 3. Otros alumnos deberán actuar como las proteínas intermembranales y sus canales, periféricas y superficiales, fosfolípidos, glucolípidos y glucoproteínas, y moléculas de colesterol. 4. Escenificar los casos en las moléculas o sustancias donde entran o no a través de la membrana a la célula. 5. Investigar más a fondo las funciones de estos componentes, por medio de los videos que se sugieren o cualquier otra fuente seria.

Heteroevaluación 1. Completa el siguiente cuadro de los componentes de la membrana celular: COMPONENTE

UBICACIÓN

FUNCIÓN

Fosfolípidos Insertadas a través de toda la membrana Reconocimiento de grupos sanguíneos Glucoproteínas

Evaluación sumativa

Glucolípidos Interviene en la fluidez y permeabilidad de la membrana 2. Explica claramente la diferencia entre la cromatina y los cromosomas. _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 3. Ejemplifica los descubrimientos del ADN y ARN que han dado paso a avances en la ciencia genética. Revisa el segmento Sabías que… de la página 22 e investiga en Internet y describe tres ejemplos para las siguientes aplicaciones: • • •

Tratamientos efectivos para síndromes y enfermedades Banco de genes para preservación de especies Identificación de criminales

4. Infiere y responde: ¿Qué sucedería con la vida de los organismos vivos, si no existiera un núcleo en las células? ¿Qué funciones no podrían tener lugar? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 5. Argumenta: ¿Cuál es la relación directa que existe entre el ADN y la evolución de las especies? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ 32

Coevaluación Resuelvan en parejas y evalúense entre compañeros. El núcleo es el motor que impulsa todas las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. Asimismo, la membrana es parte fundamental para la entrada de componentes necesarios y salida de desechos. ¿Cuál de las dos estructuras es más importante? ¿Es una más importante que la otra? ¿Son ambas estructuras igual de fundamentales para el desarrollo de los organismos vivos?

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Proporcionó datos útiles para la solución del problema.

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Su participación fue activa.

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Aportó información adicional.

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Buscó soluciones al planteamiento resolviendo dudas.

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. La historia del estudio del origen de la célula impulsó el estudio de los organismos vivos. 2. Describe cuatro características de las células eucariotas y cuatro de las procariotas. 3. La teoría de la endosimbiosis describe fundamentalmente el origen de las células eucariotas, a partir de células procariotas. ¿Cuál es la teoría central? 4. Es muy importante mantener una buena dieta con todos los tipos de componentes para el buen funcionamiento celular. ¿Por qué?

Por alcanzar

Evaluación sumativa

Criterios para evaluarse entre compañeros