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2017
2017
FACULTAD DE CIENCIAS VETERINARIA.
PROGRAMA ARTICULATORIO
Dra. Karen Larsen
Material de apoyo al curso articulatorio para el ingreso a la Facultad de
Ciencias Veterinarias - UNCPBA
Dr. Roberto Najle
2017
Dra. Silvana Scarcella
AREA DE BIOLOGIA DEL PROGRAMA ARTICULATORIO
Introducción
MODULO 1
En este apartado plantearemos algunas cuestiones que tienen que ver con el tratamiento
de los contenidos conceptuales que se irán presentando desde el inicio de nuestra tarea
conjunta, así como algunas recomendaciones sobre dicho proceso.
Todos sabemos lo poco útil que resulta el aprender de memoria ya que, o bien cuando
necesitamos la información no la tenemos disponible, o bien nos quedan "retazos" o
"pedazos" de información que no nos sirven para nada.
Para evitar el aprendizaje memorístico y realizar un verdadero aprendizaje, debemos
tener en cuenta que cada vez que nos enfrentamos con una nueva información, es
necesario que dicha información "contacte" con lo que ya sabemos y se establezcan
relaciones significativas entre lo nuevo y nuestros conocimientos previos.
Por supuesto que hay cosas que podemos haber comprendido mal, o que podemos haber
incorporado conocimientos erróneos. Por eso, también resulta importante que podamos
revisar lo que sabemos sobre un determinado tema, y que ese" revisar" se nos haga una
especie de hábito mental.
Para aprender, es importante tener en cuenta que, más allá de la facilidad que tengamos -
o no - para recordar información, hay algunas cosas que podemos a hacer que nos
ayudarán en el proceso.
El propósito de este apartado es presentar algunas cosas, que pensamos son valiosas
para facilitar el aprendizaje. Claro que, a la larga, cada persona encuentra que algunas de
esas cosas (o incluso otras que aquí no se nombran) le resultan mucho más efectivas
para su "propia" manera de aprender, pero mientras tanto, conviene conocer algunas
posibilidades.
Mucha gente piensa que hacer esto representa una pérdida de tiempo, pero creemos que
en realidad es una inversión a futuro. Además, los que sostienen esa idea equivocada
deberían hacer el cálculo de cuanto tiempo real les insume repetir una y otra vez la
información hasta que les "queda". Y les "queda" más bien poco y por poco tiempo, como
tristemente solemos comprobar en los exámenes.
AREA DE BIOLOGIA DEL PROGRAMA ARTICULATORIO
OBJETIVO
El principal objetivo de este Módulo es:
• Describir temas generales que unifican el estudio de la Biología.
Vamos a ver que la Biología, o sea el estudio científico de la vida, es una extensión de
nuestro interés innato en la vida y sus diversas formas.
Veremos que el campo de la biología es inmenso, que abarca desde el nivel
submicroscópico (a partir de átomos) a la compleja red de ECOSISTEMAS, desde el
presente hacia atrás a través de casi 4 mil millones de años de historia evolutiva.
En este Módulo se presentan algunos conceptos claves en el estudio de la vida.
La lista de estas temáticas es:
• La Vida esta organizada en muchos niveles estructurales.
• Cada nivel de la organización biológica tiene propiedades emergentes.
• Las células son las unidades básicas de estructura y función de un organismo.
• Los organismos son sistemas abiertos que interactúan continuamente con su
entorno.
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Esquema gráfico del tema
Reconocer los aspectos centrales de un texto
Previo a todo procedimiento, es conveniente hacer una lectura comprensiva del material,
lo que nos dará un pantallazo general sobre el texto.
Resulta imposible comprender una información cualquiera si no somos
capaces de reconocer las ideas principales de un texto dado.
Para ello, se pueden poner en práctica diversas estrategias, tales como
transcribir dichas ideas centrales, o subrayadas, o marcadas con un
resaltador, por ejemplo.
Dentro de estas ideas reconocidas como principales (que generalmente están expresadas
a través de una frase o de una oración) se pueden a su vez distinguir conceptos
centrales, representados a través de uno o unos pocos términos.
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Con ellos se puede proceder del mismo modo que sugerimos para trabajar con las ideas,
por ejemplo, recuadrándolos o resaltándolos o transcribiéndolos.
Organizar la información y trabajar con ella Existen diversas alternativas para trabajar con la información. Por ejemplo, se puede
elaborar un resumen de dicha información, el cual consistirá en una versión abreviada del
texto, que elaboramos recuperando lo más importante y eliminando detalles accesorios.
Probablemente es más rico hacer una síntesis de la información. En ella, no sólo
recuperamos los aspectos centrales del material, sino que le damos nuestro " toque
personal", dado que reordenamos o reorganizamos la información a través de un
procedimiento más creativo.
En base a un texto pueden realizarse diversos organizadores de la información, como
cuadros sinópticos, que resultan de gran utilidad para aclarar las jerarquías entre
conceptos, u otro tipo de representaciones.
A continuación mencionaremos algunas, que nos parecen las más interesantes a partir de
los resultados que se obtienen de ellas.
1 • Los mapas semánticos
Sirven para organizar y jerarquizar el material de estudio. Su uso suele estar
recomendado para trabajar desde la escuela primaria, y consiste básicamente en
organizar categorías de información con respecto a un concepto central.
Según Galagovsky (1996) su utilidad puede extenderse a conectar nuestros
conocimientos previos sobre un tema determinado, y expandirlos a través de la
ampliación de vocabulario y la comprensión del nuevo material.
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2 • Los diagramas conceptuales
Para construirlos es necesario seleccionar los conceptos centrales del texto, y establecer
las relaciones entre dichos conceptos a través de líneas o flechas.
En este tipo de diagramas no se establecen jerarquías entre los conceptos, únicamente
se marcan las relaciones que existen entre ellos.
3 • Los mapas conceptuales
Están formados por nodos, que representan los conceptos o las propiedades específicas
del tema, los que se muestran re cuadrados o enmarcados en círculos, óvalos, etc., unidos
por trazos que representan los nexos entre conceptos.
Los nexos entre conceptos están claramente explicitados, a través de palabras de enlace
como "de", "con", "es un ejemplo de", "incluye a", etc., así como sustantivos o verbos.
Así con nodos y nexos, se construyen proposiciones, que se pueden leer entre distintos
nodos.
A diferencia de los diagramas conceptuales, en los mapas conceptuales los conceptos
están jerarquizados: los conceptos más abarcativos, generales e inclusores se ubican en
la parte superior del gráfico, mientras que los de menor jerarquía se van ubicando hacia
abajo, terminando en los más restringidos y particulares en la parte inferior del gráfico.
A continuación incluimos ejemplos de diagramas y mapas conceptuales, respectivamente.
El diagrama conceptual fue extraído del curso PROMEC (CONICET-SENOC) de Biología
1982 .
AREA DE BIOLOGIA DEL PROGRAMA ARTICULATORIO
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El alcance de la Biología
La Biología es la ciencia que estudia la vida, es el estudio científico de los seres vivos.
Los biólogos definen como "seres vivos" a toda la diversidad de organismos que
descienden de un ancestro común unicelular que surgió hace casi 4.000 millones de años.
Debido a este ancestro común, todos los organismos vivos comparten numerosas
características que no se encuentran en el mundo no vivo. La mayoría de los seres vivos
poseen estas características:
• tienen una o más células.
• contienen información genética.
• utilizan la información genética para reproducirse.
• se hallan genéticamente emparentados y han evolucionado de otros similares.
• pueden convertir moléculas tomadas de su ambiente en nuevas moléculas
biológicas.
• pueden tomar energía del ambiente y utilizarla para realizar un trabajo biológico
• pueden regular su medio interno.
Esta lista esboza los principales temas y principios unificadores de la biología
El estudio de la vida se extiende desde las moléculas y células hasta el planeta entero.
Los biólogos exploran la vida desde lo microscópico hasta el nivel planeta. Los biólogos
con sus investigaciones están tratando de llegar a comprender algunas de las siguientes
preguntas:
¿Cómo una célula se convierte en un organismo?
¿Cómo las plantas convierten la luz solar en energía química?
¿Cómo funciona la mente humana?
¿Cómo interactúan los seres vivos en las comunidades?
¿Cómo la diversidad de la vida evoluciono a partir de las primeras bacterias?
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El proceso de la ciencia
Los científicos plantean y ponen a prueba hipótesis para responder a preguntas sobre la
naturaleza.
No existe un método único que los científicos usen para estudiar el mundo natural; pero
aún así, todos los científicos se valen de un proceso de investigación similar. Los
elementos clave en este proceso de la ciencia son los siguientes:
1. Observaciones 4. Predicciones
2. Preguntas 5. Pruebas
3. Hipótesis
En todo estudio científico, las observaciones iniciales toman formas diversas. A menudo
provienen de estudios anteriores. Por ejemplo, una observación frecuente en las ardillas
voladoras es que, cuando aterrizan en un árbol, ruedan rápidamente hacia el otro lado.
Esta observación origina una pregunta: asumiendo que este comportamiento beneficia la
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supervivencia de la ardilla, ¿cómo lo hace? El científico que quiera responder a esta
pregunta generará una hipótesis, es decir, una explicación tentativa, que deberá ser
puesta a prueba. Una hipótesis podría ser que, al salirse rápidamente del lugar de
aterrizaje, la ardilla se previene que un búho u otro predador la atrapen al descender. Esta
hipótesis bastante razonable se cita a menudo en los artículos de divulgación popular
sobre ardillas voladoras; pero no hagamos aquí ninguna conjetura sobre su exactitud. Las
ardillas voladoras son nocturnas y planean muy rápido, lo que las hace difíciles de
observar si no se cuenta con equipos especiales. Además, posiblemente sea importante
considerar que las ardillas voladoras se ciegan temporalmente con la luz brillante. ¿Estas
observaciones nos hacen pensar en cuántas veces las ardillas voladoras hayan sido
vistas exactamente en el momento del aterrizaje? ¿Qué pasaría si la mayor parte de las
observaciones se han hecho con ardillas que aterrizan sobre el lado iluminado de los
árboles durante noches de luna llena? Pensamientos críticos como éste conducen a
hipótesis alternativas; por ejemplo, el tambalearse alrededor de los árboles tal vez permite
a las ardillas voladoras evitar la luz brillante de la luna.
Con las observaciones e hipótesis en mente, los científicos usan el razonamiento
deductivo, para predecir el resultado de nuevas observaciones o de experimentos. Una
predicción anticipa los resultados esperados sólo si la hipótesis es correcta. El
razonamiento deductivo es el uso de la lógica "Si... entonces': En ese caso, si la hipótesis
es correcta, y probamos la hipótesis, entonces podemos esperar un resultado particular.
Por ejemplo, si las ardillas voladoras se tambalean alrededor de un árbol simplemente
para evitar la luz brillante (hipótesis), y desarrollamos un método para observarlas al
aterrizar, tanto en la luz como en la sombra (prueba), entonces podríamos esperar que las
ardillas que aterrizan sobre las partes del árbol en sombra, no se muevan inmediatamente
hacia el otro lado (predicción).
Supongamos que usted desarrolla esta hipótesis y esta predicción, y entonces se pone a
observar muchos aterrizajes de las ardillas voladoras, tal vez por medio de fotografías al
infrarrojo mientras monitorea las condiciones de luz. Encuentra que, en todas las
condiciones de iluminación, la ardilla va hacia el otro lado del árbol después de aterrizar.
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Este resultado no corresponde a su predicción, y por consiguiente indica que la hipótesis
tal vez sea falsa. Sin embargo, sus resultados no apoyan ni contradicen la hipótesis
alternativa de que el comportamiento de las ardillas les permite evitar a los predadores.
(¿Se te ocurre alguna manera de probar esta hipótesis?)
Nuestra discusión acerca de las ardillas voladoras ha sacado a relucir varias
características del proceso científico, además de los roles asignados a las observaciones,
preguntas, hipótesis, predicciones y pruebas. Hemos visto cómo la ciencia involucra el
pensamiento crítico en cada paso. Lo que es más, la ciencia es acumulativo, y los
resultados de estudios previos a menudo sirven de base para los estudios nuevos.
También hemos visto que el proceso científico puede rechazar o apoyar la hipótesis.
Nótese la frase clave de "apoyar la hipótesis". La ciencia no pretende probar la hipótesis
con absoluta certeza, ya que no es posible acumular suficiente cantidad de observaciones
o de experimentos, como para estar seguros de que los resultados van a ser siempre los
mismos.
Las Macromoléculas son fundamentales para la vida
LÍPIDOS
Los lípidos son un grupo general de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares como
el agua, pero que se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales como el
cloroformo, el éter y el benceno. Típicamente, son moléculas de almacenamiento de energía,
usualmente en forma de grasa o aceite, y cumplen funciones estructurales, como en el caso de los
fosfolípidos, glucolípidos y ceras. Algunos lípidos, sin embargo, desempeñan papeles principales
como "mensajeros" químicos, tanto dentro de las células como entre ellas.
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A diferencia de muchas plantas, como la de la papa, los animales sólo tienen una capacidad
limitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren
sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en
grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la
ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados para llenar
estos requerimientos. El hecho de que el cuerpo consuma o no sus propias moléculas de
almacenamiento no guarda ninguna relación con la forma molecular en que la energía ingresa en él.
La cuestión estriba simplemente en la cantidad de calorías que se libera cuando se degradan estas
moléculas.
Los lípidos son compuestos diversos que consisten principalmente en átomos de carbono e
hidrogeno unidos por enlaces covalentes no polares. El efecto de esto puede verse en una botella
de aderezo para ensaladas donde el aceite (un tipo de lípido) se separa del vinagre (que es agua
en su mayor parte). Otros aceites hacen que las plumas repelan el agua ayudando a las aves
acuáticas a mantenerse a flote. Debido a que los lípidos no se mezclan con el agua se dice que son
hidrofóbicos (“le temen al agua”).
Los aceites son un tipo de grasa. La grasa es un lípido grande hecho a partir de dos tipos de
moléculas más pequeñas: el glicerol y los ácidos grasos. El glicerol es un alcohol de tres
carbonos, cada uno de ellos con un grupo hidroxilo (-OH). Un acido graso consiste en una cadena
hidrocarbonada con un grupo carboxilo (-COOH). Cada ácido graso se une al glicerol
covalentemente perdiendo agua. Una molécula de grasa real consiste en una molécula de glicerol
unida a tres ácidos grasos como resultado de la síntesis por deshidratación ocurrida a nivel de los
tres grupos hidroxilos. De este modo el término triglicérido es un sinónimo de grasa, un término
que se ve a menudo en las etiquetas de los alimentos o en los exámenes médicos que miden
grasas en sangre. Los tres ácidos grasos en las grasas a menudo son de distintos tipos.
Las propiedades físicas de una grasa, como por ejemplo su punto de fusión, están determinadas
por las longitudes de sus cadenas de ácidos grasos y dependen también de si las cadenas son
saturadas o no saturadas.
Algunos ácidos grasos contienen dobles enlaces, que causan que la cadena de carbonos se
flexione. Los dobles enlaces impiden que un esqueleto carbonado se una con el número máximo de
átomos de hidrogeno.
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Los ácidos grasos y las grasas con dobles enlaces se dice que son insaturados, es decir, con
menos del máximo posible de átomos de hidrogeno. Las grasas que tienen el número máximo de
átomos de hidrogeno, es decir que no tienen dobles enlaces, se denominan saturados. Las
flexiones en las moléculas de las grasas insaturadas impiden que las moléculas se empaqueten
fuertemente entre si y que por lo tanto solidifiquen a temperatura ambiente. El aceite de maíz, el
aceite de oliva, y otros aceites vegetales son grasas insaturadas. Cuando se indica “aceites
vegetales hidrogenados” en el empaque de una margarina, significa que las grasas insaturadas han
sido convertidas en grasas saturadas por la adición de hidrógenos. Esta adición le da a los lípidos la
consistencia de la margarina.
La mayor parte de las grasas vegetales son grasas insaturadas, mientras que la mayoría de las
grasas animales son saturadas. Esta es la razón por la que la manteca y la grasa de cerdo son
solidas a temperatura ambiente. Las dietas ricas en grasas saturadas pueden favorecer las
enfermedades cardiovasculares al promover una condición denominada arterioesclerosis. En esta
condición se van construyendo depósitos de lípidos denominados placas en las superficies internas
de los vasos sanguíneos, lo cual reduce el flujo sanguíneo.
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Algunas plantas almacenan energía en forma de aceites, especialmente en las semillas y en los
frutos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno,
ricos en energía, que los carbohidratos y, en consecuencia, contienen más energía química. En
promedio, las grasas producen aproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con
las 3,79 kilocalorías por gramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.
También, dado que las grasas son no polares, no atraen moléculas de agua y, así, no están
"embebidas" en éstas, como ocurre en el caso de glucógeno. Teniendo en cuenta el factor hídrico,
las grasas almacenan seis veces más energía gramo por gramo que el glucógeno, y éste es
indudablemente el motivo por el cual, en el curso de la evolución, llegaron a desempeñar un papel
fundamental en el almacenamiento de energía.
Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a los riñones de los
mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Por razones que no se comprenden,
estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición. Otra característica de
los mamíferos es una capa de grasa que se encuentra debajo de la piel y que sirve como aislante
térmico. Esta capa está particularmente bien desarrollada en los mamíferos marinos.
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Las grasas son solo algunos de los lípidos importantes en los organismos vivos.
Los lípidos, especialmente los fosfolípidos y los glucolípidos, también desempeñan papeles
estructurales extremadamente importantes. Al igual que las grasas, tanto los fosfolípidos como los
glucolípidos están compuestos de cadenas de ácidos grasos unidas a un esqueleto de glicerol.
En los fosfolípidos, el tercer carbono de la molécula de glicerol no está ocupado por un ácido graso,
sino por un grupo fosfato, al que está unido habitualmente otro grupo polar. Por lo tanto posee una
“cola” de acido graso no polar (hidrofóbica) y una “cabeza” polar (hidrofílica, cargada
negativamente) que contiene al grupo fosfato y su grupo químico adicional.
Dado que los fosfolípidos tienen cabezas solubles en agua y colas insolubles en ella, tienden
a formar una película delgada en una superficie acuosa, con sus colas extendidas por
encima del agua. Rodeados de agua, se distribuyen espontáneamente en dos capas, con
sus cabezas hidrofílicas (amantes del agua) extendidas hacia afuera y sus colas hidrofóbicas
(con aversión al agua) hacia adentro. Esta disposición, la bicapa lipídica, constituye la base
estructural de las membranas celulares. Al formar una bicapa, los componentes hidrofóbicos
de los fosfolípidos quedan "protegidos" del agua, excepto en los bordes, en donde quedan
expuestos. Esta ordenación da una cierta inestabilidad a esa membrana, haciendo que ésta
se pliegue sobre sí misma y forme vesículas. Esta disposición de las moléculas de
fosfolípido, con sus cabezas hidrofílicas expuestas y sus colas hidrofóbicas agrupadas,
forma la base estructural de las membranas celulares.
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Ordenamiento de los fosfolípidos en relación al agua
En los glucolípidos ("lípidos con azúcar"), el tercer carbono de la molécula de glicerol no está
ocupado por un grupo fosfato, sino por una cadena de carbohidrato corta. Al igual que la
cabeza de fosfato de un fosfolípido, la cabeza de carbohidrato de un glucolípido es
hidrofílica, y las colas de ácidos grasos son, por supuesto, hidrofóbicas. En solución acuosa,
los glucolípidos se comportan del mismo modo que los fosfolípidos. También son
componentes importantes de las membranas celulares en las que cumplen funciones de
reconocimiento celular.
Las ceras también son una forma de lípido estructural, consisten en un acido graso unido a
un alcohol. Son producidas, por ejemplo, por las abejas para construir sus panales. También
forman cubiertas protectoras, lubricantes e impermeabilizantes sobre la piel, el pelaje, las
plumas y sobre los exoesqueletos de los insectos. En las plantas terrestres se encuentran
sobre las hojas y frutos como por ejemplo de las manzanas y peras. Las ceras son más
hidrofóbicas que las grasas por lo que protegen muy bien las superficies donde se depositan
de la pérdida de agua y aíslan del frío a los tejidos internos.
El colesterol pertenece a un grupo importante de compuestos conocidos como esteroides.
Aunque los esteroides no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, se los agrupa
con ellos porque son insolubles en agua. Los esteroides son lípidos cuyo esqueleto
carbonado esta doblado y forma cuatro anillos fusionados (3 de 6 lados y 1 de 5 lados) y
varios de ellos poseen una cola. Además muchos poseen el grupo funcional –OH, que los
identifica como alcoholes.
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El colesterol se encuentra en las membranas celulares (exceptuando las células
bacterianas); aproximadamente el 25% de la membrana de un glóbulo rojo es colesterol.
También es un componente principal de la vaina de mielina, la membrana lipídica que
recubre las fibras nerviosas de conducción rápida acelerando el impulso nervioso. El
colesterol es sintetizado por el hígado a partir de los ácidos grasos saturados y también se
obtiene en la dieta, principalmente en la carne, el queso y la yema de huevo.
Las hormonas sexuales y las hormonas de la corteza adrenal también son esteroides. Estas
hormonas se forman a partir del colesterol en los ovarios, testículos, corteza suprarrenal y
otras glándulas que las producen.
PROTEINAS
Las proteínas figuran entre las moléculas orgánicas más abundantes en los seres vivos. Hay
muchas moléculas de proteínas diferentes: enzimas, hormonas, proteínas de
almacenamiento, tales como las que se encuentran en los huevos de las aves y los reptiles
y en las semillas; proteínas de transporte tales como la hemoglobina; proteínas
contráctiles, del tipo de las que se encuentran en el musculo; inmunoglobulinas
(anticuerpos); proteínas de membrana y muchos tipos diferentes de proteínas
estructurales. Su diversidad funcional es abrumadora. En estructura, sin embargo, todas
siguen el mismo esquema simple: todas son polímeros de aminoácidos, dispuestos en una
secuencia lineal.
De entre todas las moléculas de la vida, las proteínas son las más diversas en estructura y
función. La diversidad de las proteínas se basa en los arreglos diferentes que pueden
obtenerse con un conjunto universal de aminoácidos. Las proteínas son grandes y contienen
frecuentemente varias centenas de aminoácidos. Así, el número de diferentes secuencias de
aminoácidos y, por lo tanto, la posible variedad de moléculas de proteínas es enorme. Sin
embargo, los organismos tienen solo una fracción muy pequeña de las proteínas que son
teóricamente posibles.
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Como ya dijimos una proteína es un polímero biológico construido a partir de monómeros de
aminoácidos. Cada aminoácido tiene la misma estructura fundamental: un átomo de
carbono central unido a un grupo amino (-NH2), a un grupo carboxilo (-COOH) y a un átomo
de hidrogeno. En cada aminoácido también hay otro átomo o grupos de átomos (designado
como grupo residual –R) unido al carbono central. El grupo amino es una base débil y el
grupo carboxilo es un acido débil. Dependiendo del pH de la solución circundante, un
aminoácido libre puede ser neutro, cargado positivamente o negativamente.
Teóricamente es posible la existencia de una gran variedad de aminoácidos distintos, pero
solamente veinte tipos diferentes se utilizan para construir las proteínas, y siempre los
mismos veinte, ya se trate de una célula bacteriana, una célula vegetal o una célula animal.
Las únicas diferencias entre estos veinte aminoácidos radican en sus grupos laterales (-R).
Dichos grupos pueden ser no polares y por lo tanto hidrofóbicos, o polares (cargados
negativamente, positivamente o neutros dependiendo del pH del medio) y por lo tanto
hidrofílicos.
Para formar una proteína los aminoácidos se unen a través de una unión covalente que se
conoce como enlace peptídico, mediante una reacción de condensación, y la molécula que
se forma por la unión de muchos aminoácidos se llama polipéptido. El enlace peptídico
consiste en la unión del grupo amino (-NH 2) de un aminoácido con el grupo carboxilo (-
COOH) del otro aminoácido eliminándose una molécula de agua (H2O). La secuencia de
aminoácidos en la cadena polipeptídica determina el carácter biológico de la molécula
proteica; aun una variación pequeña en la secuencia puede alterar o destruir la manera de
funcionar de la proteína.
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Para ensamblar los aminoácidos en proteínas, una célula no solo debe tener una cantidad
bastante grande de aminoácidos, sino también suficiente cantidad de cada tipo. Este hecho
es de gran importancia en la nutrición humana.
Niveles de organización de las proteínas
En un sistema vivo, una proteína se ensambla de un aminoácido por vez formándose una
larga cadena polipeptídica. La secuencia lineal de aminoácidos, dictada por la información
hereditaria contenida en la célula para esa proteína en particular, se conoce como
estructura primaria de la proteína. Cada proteína diferente tiene una estructura primaria
diferente. Posteriormente la molécula comienza a sufrir interacciones entre los diferentes
aminoácidos, se forman puentes de hidrogeno entre el hidrogeno ligeramente positivo del
grupo amino de un aminoácido y el oxigeno ligeramente negativo del grupo carbonilo de otro
aminoácido. De estas interacciones pueden formarse dos tipos de estructuras: hélice alfa y
hoja plegada beta. Estas configuraciones regulares repetidas que generan los puentes de
hidrogeno entre los átomos del esqueleto polipeptídico se conocen como la estructura
secundaria de una proteína. Las proteínas que en la mayor parte de su longitud asumen la
estructura de hélice alfa o de hoja plegada beta se conocen como proteínas fibrosas y
desempeñan importantes papeles estructurales en los organismos.
Otras fuerzas, relacionadas con la naturaleza de los grupos –R de los aminoácidos
individuales, también actúan sobre la cadena polipeptídica. Cuando la porción –SH del grupo
R de la cisteína se encuentra con la misma porción de otra cisteína, pueden escindirse los
átomos de hidrogeno, formándose como resultado un enlace covalente entre los átomos de
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azufre de los dos aminoácidos, conocido como puente disulfuro. Además, los grupos R con
cargas diferentes se atraen y aquellos con cargas iguales se repelen. A medida que la
molécula se retuerce y entra en solución, los grupos hidrofóbicos tienden a agruparse en el
interior de la molécula y los grupos hidrofílicos tienden a extenderse hacia afuera de la
solución acuosa. La estructura tridimensional intrincada que resulta de estas interacciones
entre los grupos R es denominada estructura terciaria de la proteína. En muchas proteínas
la estructura terciaria hace que toda la molécula adquiera una configuración globular por la
que se la denomina proteína globular; es el caso de enzimas, anticuerpos, proteínas de
membrana, etc. Las estructuras tridimensionales en todas estas moléculas son de
importancia crítica en la determinación de sus funciones biológicas.
Muchas proteínas están compuestas de más de una cadena polipeptídica, las cuales se
mantienen unidas por enlaces puente de hidrogeno, puentes disulfuro, interacciones
hidrofóbicas, atracciones entre cargas o más comúnmente por una combinación de estas
interacciones, este nivel estructural se denomina estructura cuaternaria de la proteína.
Estas proteínas se conocen como multiméricas, si está formada por dos cadenas será un
dímero, si está formado por tres será un trímero, por cuatro un tetrámero y así
sucesivamente.
Debemos tener presente que la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína
dependen de la secuencia de aminoácidos, es decir de la estructura primaria, y del ambiente
químico local.
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Alfa hélice
Beta hélice
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Existen siete clases principales de proteínas. Una clase, las llamadas proteínas
estructurales, incluye la seda de las arañas, el pelo de los mamíferos (incluido el nuestro) y
ligamientos. El colágeno constituye un tercio de toda la proteína de los vertebrados. El
colágeno constituye en realidad una familia de proteínas. Consideremos una vaca: los
tendones, que unen el musculo al hueso, están constituidos de fibras de colágeno en haces
paralelos; así dispuestos son muy fuertes, pero no se estiran. En contraste el cuero de la
vaca está constituido por fibras de colágeno dispuestos en una malla entrelazada dándole
cierta elasticidad. Incluso sus corneas (las cubiertas transparentes de los globos oculares)
están compuestas de colágeno. Cuando el colágeno se hierve en agua, los polímeros se
dispersan en cadenas cortas, que conocemos como gelatina.
Existe una segunda clase, las llamadas proteínas contráctiles; un ejemplo es el de las
proteínas que originan el movimiento muscular.
Una tercera clase de proteínas es la de las proteínas de reserva, tales como la
ovoalbúmina, la sustancia principal en la clara de huevo que es una fuente de aminoácidos
para los embriones en desarrollo. Una cuarta clase son las proteínas de defensa, que
incluye a los anticuerpos, los cuales luchan contra las enfermedades y son transportados por
la sangre. Las proteínas de transporte, la quinta clase, incluyen a la hemoglobina
encargada de transportar el oxigeno desde los pulmones a otras partes del cuerpo. Ciertas
hormonas, que participan en la coordinación de las actividades corporales al actuar como
mensajeros de una célula a otra son una sexta clase.
Quizá la séptima clase sea la más importante de las proteínas, las enzimas. Una enzima es
una proteína que actúa como catalizador químico, es decir un agente que modifica la
velocidad de reacción química sin experimentar ningún cambio en sí mismo durante el
proceso. Las enzimas promueven y regulan virtualmente todas las reacciones químicas en
las células.
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El hecho que la función de una proteína depende de su forma específica se hace evidente
cuando se alteran las proteínas. En un proceso llamado desnaturalización, las cadenas de
los polipeptidos se desenroscan, por lo que pierden su forma específica y como resultado de
ello su función. Por ejemplo, imaginemos lo que ocurre cuando freímos un huevo. El calor
desnaturaliza rápidamente a las proteínas de la clara que rodea a la yema, volviéndolas de
apariencia solida, blanca y opaca. En este estado, las proteínas son insolubles en agua y
serian inadecuadas para el desarrollo de un embrión de ave. Los cambios en la
concentración de sales y en el pH también pueden desnaturalizar muchas proteínas.
ACIDOS NUCLEICOS
La información que dicta las estructuras de la enorme variedad de moléculas de proteínas
que se encuentran en los organismos esta codificada en moléculas conocidas como ácidos
nucléicos. Así como las proteínas están formadas por cadenas largas de aminoácidos, los
ácidos nucléicos están formados por cadenas largas de nucleótidos. Un nucleótido, sin
embargo es una molécula más compleja que un aminoácido, está formado por tres
subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada,
molécula que tiene las propiedades de una base y contiene nitrógeno.
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La subunidad azúcar de un nucleótido puede ser ribosa o desoxirribosa, que contiene un
átomo de oxigeno menos que la ribosa. La ribosa es la subunidad azúcar en los nucleótidos
que forman el acido ribonucleico (ARN) y la desoxirribosa es la subunidad azúcar en los
nucleótidos que forman el acido desoxirribonucleico (ADN). Hay cinco bases nitrogenadas
diferentes en los nucleótidos, que son los sillares de construcción de los ácidos nucléicos.
Dos de ellas, la adenina (A) y la guanina (G), tienen una estructura de dos anillos y se
conocen como purinas. Las otras tres, citosina (C), timina (T) y uracilo (U), tienen una
estructura de anillo único y se conocen como pirimidinas. La adenina, la guanina y la
citosina se encuentran tanto en el ADN como en el ARN, mientras que la timina se encuentra
solo en el ADN y el uracilo solo en el ARN.
Al igual que los polipeptidos, un polímero de nucleótidos se forma a partir de sus monómeros
por deshidratación. Durante este proceso, el grupo fosfato de un nucleótido se une al azúcar
del siguiente monómero. El resultado es un esqueleto repetido de azucares-fosfatos en el
polímero.
El ARN consiste usualmente en una simple hélice del polinucleótido, mientras que el ADN es
una doble hélice, en la cual dos polinucleótidos se enrollan alrededor el uno del otro. Las
bases nitrogenadas se encuentran hacia el centro de la hélice a partir de los esqueletos de
azúcar-fosfato. Allí se aparean siempre de esta manera: A con T y C con G.
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Las dos cadenas de ADN se mantienen en una doble hélice por enlaces puentes de
hidrogeno que se forman entre las bases apareadas. La mayor parte de las moléculas de
ADN son muy largas, con miles y hasta millones de pares de bases.
Aunque sus componentes químicos son muy semejantes, el ADN y el ARN desempeñan
papeles biológicos muy diferentes. El ADN es el constituyente primario de los cromosomas
de las células y es el portador del mensaje genético. La función del ARN es transcribir el
mensaje genético presente en el ADN y traducirlo a proteínas.
CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos son las moléculas fundamentales de almacenamiento de energía en la
mayoría de los seres vivos. Además forman parte de diversas estructuras de las células
vivas como por ejemplo de las paredes de las células vegetales jóvenes.
Los carbohidratos están formados por moléculas pequeñas conocidos como azucares. Hay
tres tipos principales de carbohidratos, clasificados de acuerdo con el número de moléculas
de azúcar que contienen.
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Los monosacáridos (“azucares simples”) como la ribosa, la glucosa y la fructosa, contienen
solo una molécula de azúcar. Los disacáridos consisten en dos moléculas de azúcar unidas
covalentemente. Ejemplos familiares son la sacarosa (azúcar de caña), la maltosa (azúcar
de malta) y la lactosa (azúcar de la leche). Los polisacáridos como la celulosa y el almidón,
contienen muchas moléculas de azúcar unidas entre sí.
Los monosacáridos son compuestos orgánicos constituidos por carbono, hidrogeno y
oxigeno. Han sido descritos con la formula (CH2O)n , donde n puede ser tan pequeño como
tres o llegar hasta ocho. Estas proporciones originaron el nombre de carbohidratos para los
azucares y las moléculas mas grandes formadas por subunidades de azucares. Solo los
monosacáridos poseen la formula CH2O ya que cuando se unen dos monosacáridos se
libera una molécula de agua por lo que dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno son
liberados en cada enlace de síntesis por condensación. Los monosacáridos se caracterizan
por la presencia de grupos hidroxilo y un grupo cetona o aldehído. Estos grupos funcionales
constituyen azucares altamente solubles en solución acuosa. Los monosacáridos pueden
quemarse u oxidarse para producir dióxido de carbono y agua, esta reacción libera energía
la cual es aprovechada por la célula.
Una fuente principal de energía para los humanos y otros vertebrados es el monosacárido
glucosa, que es la forma en que el azúcar se transporta generalmente en el cuerpo animal.
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Aunque la glucosa es el azúcar común de transporte de los vertebrados, a menudo los
azucares son transportados en otros organismos como disacáridos. La sacarosa,
comúnmente llamada azúcar de caña, es la forma común en la que el azúcar se transporta
en las plantas. La sacarosa esta compuesta por los monosacáridos glucosa y fructosa. Otro
disacárido común es la lactosa, azúcar que existe solo en la leche, está constituida por
glucosa con otro monosacáridos llamado galactosa.
Los polisacáridos están constituidos por monosacáridos unidos en cadenas largas. Algunos
de ellos son formas de almacenamiento del azúcar. El almidón, por ejemplo, es la principal
reserva alimenticia de la mayoría de las plantas, consiste enteramente de monómeros de
glucosa.
Las células vegetales comúnmente contienen gránulos de almidón, que son en realidad
masas de moléculas de almidón enrollado, que funcionan como reserva de azúcar. Las
células vegetales necesitan azúcar para proporcionar energía y como materia prima para la
construcción de otras moléculas. Estas células desdoblan el almidón en glucosa por medio
de la hidrólisis de los enlaces entre los monómeros de glucosa. Los seres humanos y la
mayoría de los demás animales también pueden usar el almidón vegetal como alimento
hidrolizándolo en el interior de sus sistemas digestivos. Las papas y los granos, tales como el
trigo, el maíz y el arroz, son las principales fuentes de almidón en la dieta humana.
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Los animales acumulan el azúcar en exceso bajo la forma de un polisacárido denominado
glucógeno. El glucógeno es idéntico al almidón con la única diferencia que se encuentra
ramificado en mayor medida. La mayor parte de nuestro glucógeno se acumula como
gránulos en las células de nuestro hígado y músculos, las cuales lo hidrolizan cuando se la
necesita. Además nuestro sistema digestivo puede hidrolizar el glucógeno de la carne que
ingerimos.
Muchos polisacáridos funcionan como materiales para la construcción de las estructuras que
protegen a las células y sostienen organismos enteros. La celulosa, el compuesto orgánico
más abundante en la tierra, forma fibrillas resistentes en forma de cable en las paredes que
rodean a las células vegetales, y es además el componente principal de la madera. La
celulosa se asemeja al almidón y al glucógeno por ser un polímero de glucosa, pero sus
monómeros de glucosa están unidos entre si con una orientación diferente. A diferencia de
los enlaces de glucosa en el almidón y el glucógeno, los de celulosa no pueden ser
hidrolizados por la mayoría de los animales. La celulosa en los alimentos vegetales que pasa
sin modificaciones a lo largo de nuestro tracto digestivo se conoce comúnmente como “fibra”.
Puede ayudar a nuestro tracto digestivo a permanecer sano pero no sirve como nutriente.
Aquellos animales que obtienen nutrientes a partir de la celulosa, tales como las vacas o las
termitas, poseen microorganismos que hidrolizan la celulosa y viven como huéspedes
normales de sus tractos digestivos.
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Los Niveles de Organización Biológica determinan el alcance de la
Biología
Existen interacciones entre los organismos vivos y la materia inerte, es decir los gases en
la atmósfera. Tales interacciones son una propiedad fundamental de los ecosistemas, el
más alto de los niveles estructurales en los que se organiza la vida. Un ecosistema (por
ejemplo, un bosque pluvial) consiste en todos los organismos vivos que moran en un área
determinada, así como también todos los componentes físicos, sin vida, del ambiente que
afectan a esos organismos, como el aire, el suelo y la luz solar.
Los biólogos exploran la vida desde lo microscopio hasta el nivel planeta. El estudio de la
vida se extiende desde moléculas y células hasta el planeta entero. Como se indica en la
figura el ecosistema y los niveles por debajo de él forman una jerarquía, en la cual cada
nivel se construye sobre los niveles inferiores. Por debajo del nivel del ecosistema, todos
los organismos en un bosque lluvioso reciben el nombre colectivo de comunidad. Por
debajo de comunidad, todo grupo interactivo de individuos de una misma especie, en
nuestro ejemplo las ardillas voladoras, se denomina población. Por debajo de la población
en jerarquía está el organismo, un ser vivo individual.
Si continuamos hacia abajo en la jerarquía, cada órgano está hecho de varios tejidos
diferentes, cada uno de los cuales consiste en un grupo similar de células. Una célula es
una unidad de materia viva separada del ambiente por un límite denominado membrana.
Cada tejido tiene una función específica, que es llevada a cabo por las células que lo
componen. El tejido nervioso que conforma la mayor parte del cerebro, por ejemplo,
consiste en células nerviosas.
El tejido nervioso en el cerebro de la ardilla tiene millones de células nerviosas
microscópicas organizadas en una red de comunicación de una complejidad espectacular.
Las células nerviosas transmiten señales que coordinan las partes del cuerpo de la ardilla,
tales como los músculos que extienden sus patas durante el planeo.
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Finalmente, llegamos al nivel molecular en
nuestra estructura jerárquica. Mostramos
como ejemplo el ADN (ácido
desoxirribonucleico). Las moléculas de
ADN proporcionan el código para la
construcción de otras moléculas
importantes del organismo y transmiten
esta información, bajo la forma de genes,
desde los padres a la descendencia. Una
molécula es un conjunto de átomos, las
partículas más pequeñas de la materia
ordinaria.
En la representación por computadora de la
figura, que ilustra solamente un
pequeñísimo segmento de una molécula de
ADN, cada una de las esferas representa
un átomo. Cada molécula de ADN es una
doble hélice muy larga, es decir dos
cadenas que se enroscan una alrededor de
Por ejemplo, un científico que analice las posturas del cuerpo de una ardilla en su planeo
se centrará en el nivel de organismo. Sin embargo, para comprender mejor las posturas
en el planeo se puede necesitar el estudio, a nivel de órgano-sistema, de la interacción
entre músculos y huesos, de modo que el mismo investigador trabajará a menudo con
más de un nivel. El alcance de la biología comprende el espectro completo de la
organización jerárquica de la vida, desde moléculas hasta ecosistemas.
1. BBiioossffeerraa:: todos los ambientes en la Tierra.
2. EEccoossiisstteemmaa: todos los seres vivos e inertes en un área particular.
3. CCoommuunniiddaadd:: todos los organismos en un ecosistema.
4. PPoobbllaacciióónn:: todos los individuos de una especie en un área particular.
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5. OOrrggaanniissmmoo:: una cosa viviente individual.
6. SSiisstteemmaass ddee óórrggaannooss:: están constituidos por órganos que trabajan en forma
conjunta e integrada.
7. óórrggaannooss:: Los órganos están formados por tejidos, que cooperan y actúan en
coordinación.
8. TTeejjiiddooss:: un grupo de células similares.
9. CCéélluullaa:: unidad fundamental de la vida, estructura y función definida.
1O. OOrrggaanneellaa: un componente estructural de la célula.
11. MMoollééccuullaa:: una estructura química compuesta de átomos.
12. ÁÁttoommoo:: la partícula mas pequeña en que puede dividirse un elemento químico y
continuar manteniendo las propiedades características del elemento.
Cada nivel de organización biológica tiene propiedades emergentes. Las que son el
resultado de los acuerdos y las interacciones dentro de los sistemas.las nuevas
propiedades emergen con cada paso hacia arriba en la jerarquía de orden biológico.
Todas las formas de vida tienen características comunes
La vasta diversidad de la vida básicamente proviene de variaciones en las secuencias del
ADN, en otras palabras, de variaciones en el tema común de guardar información
genética en el ADN.
Hagamos ahora una lista de algunas propiedades que son comunes a todos los
organismos. Tomadas en conjunto, estas propiedades distinguen a la vida de lo que no es
vida. La información genética en el ADN subyace en todas estas propiedades.
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(1) Orden. Todos los organismos exhiben una organización compleja.
(2) Regulación. El ambiente por fuera del organismo puede cambiar marcada mente,
pero los mecanismos reguladores mantienen el ambiente interno de ese organismo dentro
de los límites que sustentan la vida.
(3) Crecimiento y desarrollo. Cada organismo posee un patrón de crecimiento y de
desarrollo característico de su especie.
(4) Utilización de la energía. Los organismos incorporan energía y la transforman para
desarrollar todas las actividades vitales.
(5) Respuesta al ambiente. Todos los organismos responden a estímulos ambientales.
(6) Reproducción. El ADN se presta a una replicación precisa, y todos los organismos
reproducen su propia especie.
(7) Evolución. La reproducción subyace en la capacidad de las especies de cambiar
(evolucionar) con el tiempo. El cambio evolutivo ha sido una característica central y
unificadora de la vida desde su aparición sobre la Tierra hace alrededor de 4 mil millones
de años.
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Los organismos vivos y sus ambientes forman redes interconectadas
La teoría de la evolución por selección natural de Darwin se centra en la respuesta de los
organismos a interacciones con los componentes vivos e inertes de su ambiente. Estas
interacciones constituyen una red compleja de relaciones que conectan a todos los
organismos y a los componentes de su ambiente en el nivel más alto en la jerarquía de la
naturaleza: el ecosistema. El dibujo (figura superior) proporciona una visión simplificada
de algunas de las relaciones entre los organismos en un ecosistema del bosque en África.
Las flechas indican las direcciones en las que fluyen la energía y los nutrientes.
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Las plantas dominan la escena que se representa en la figura, y proveen la mayor parte
del alimento que sustenta al ecosistema. Las plantas, así como también ciertos
procariotas y algunos protistas (que no se muestran), atrapan la energía de la luz solar y
usan el dióxido de carbono (CO2) del aire, y agua (H20), para fabricar moléculas de
alimento durante la fotosíntesis. Las plantas también absorben nutrientes minerales del
suelo.
Ciertos animales, como el colorido colibrí (arriba a la derecha en la figura); el gorila y
muchos insectos comen plantas, partes de plantas o productos de las plantas, tales como
el néctar. Los ratones y los loros comen principalmente material vegetal, pero a veces
también algunos insectos. Otros animales, tales como el leopardo, diversos tipos de
serpientes, e insectos que se alimentan de carne, viven de la caza. En todos los casos,
sin embargo, las plantas y los procariotas fotosintéticos y los protistas son la fuente final
de alimento.
Otra parte vital del ecosistema es la comprendida por los procariotas, hongos y pequeños
animales del suelo que descomponen los restos de organismos muertos. Estos
descomponedores funcionan como recicladores, y convierten la compleja materia muerta
en nutrientes minerales simples que las plantas pueden utilizar. De esta forma, la
estructura de un ecosistema está dada por la red de relaciones entre las plantas, los
animales, los microorganismos y el ambiente físico. El dibujo de flechas dispuestas como
una red en un diagrama de ecosistema representa esta estructura básica en una forma
visual.
Cada nivel en la organización jerárquica de la naturaleza tiene una estructura única
(véase el primer módulo), y de tal estructura resulta un conjunto de propiedades
funcionales. Por ejemplo, a nivel de organismo, la forma delgada y curva del pico del
colibrí hace de éste una herramienta efectiva para libar el néctar de las flores. A diferencia
de las partes del cuerpo de un ave, que son características físicas, la red estructural de un
ecosistema es abstracta. No obstante, la función proviene de la estructura en un
ecosistema, tal como lo hace en un organismo. En un ecosistema, cada hilo de la red
representa interacciones entre organismos vivos, y entre organismos y su entorno físico.
Las interacciones configuran el flujo de nutrientes químicos y de energía a través del
ecosistema.
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Ciclo de nutrientes y flujo de energía en un ecosistema
Cada organismo interactúa con su entorno. Tanto el organismo y el medio ambiente se
afectan mutuamente.
La figura remarca una diferencia importante entre el flujo de los nutrientes químicos y el
flujo de la energía en un ecosistema. Las sustancias químicas básicas necesarias para la
vida, es decir, los átomos que constituyen el dióxido de carbono, oxígeno, agua y diversos
minerales, y los compuestos más complejos de los organismos, fluyen desde el aire y el
suelo hacia las plantas, los animales, y de regreso al aire y al suelo. En otras palabras, los
nutrientes químicos se reciclan más o menos continuamente dentro de la red estructural
de un ecosistema. Por el contrario, un ecosistema gana y pierde energía constantemente.
Figura 4
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La energía fluye hacia dentro del ecosistema cuando las plantas y otros organismos
fotosintetizadores atrapan la energía lumínica del Sol y la convierten en energía química
al utilizarla en la formación de moléculas. La energía química, bajo la forma de moléculas,
es lanzada entonces a través de la red del ecosistema, propulsando a su vez a cada
organismo. Durante el proceso de transferencia de la energía, parte de ella se convierte
en calor, el cual eventualmente abandona el ecosistema. Toda la vida sobre la Tierra
depende de la capacidad de los ecosistemas de reciclar los nutrientes químicos y de
transferir la energía.
Resumiendo, podemos decir que la dinámica de un ecosistema incluye dos procesos
principales:
• el ciclo de los nutrientes, en el que los materiales adquiridos por las plantas con el
tiempo vuelven a la tierra. (se desarrollara en otro Módulo).
• El flujo de energía de la luz solar de los productores a los consumidores.
Flujo de energía
Toda la energía utilizada por los seres vivos viene en última instancia del sol. La energía
entra en el sistema de vida, como resultado de la fotosíntesis de las plantas y de algunas
bacterias y protistas. Menos del 4% de la luz solar incidente es capturada. Más de la
mitad de la energía captada por las plantas se utiliza en la respiración para su
mantenimiento. La energía utilizada en la respiración se pierde en forma de calor y por lo
tanto fuera del alcance de otros organismos. La otra mitad se convierte en los tejidos
vegetales.
Hay dos tipos de organismos que tienen acceso directo a la energía en los tejidos
vegetales, los herbívoros, que se alimentan de la planta mientras está viva, y los
descomponedores, que se alimentan de la planta después de muerta (figura 5). En la
mayoría de los ecosistemas, la mayoría de la energía va a los descomponedores
(microorganismos y otros detritívoros).
En un pastizal, por ejemplo, sólo el 10% de la energía en las plantas es tomada por los
animales de pastoreo como el bovino (consumidor primario). Los herbívoros utilizan casi
todo su consumo de energía en la respiración (necesaria para el mantenimiento del
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cuerpo); el resto va a la biomasa de herbívoros. Mucha de la energía de la biomasa de
herbívoros es tomada por carnívoros (consumidor secundario), como los lobos, mientras
que algo de energía va a descomponedores. Casi toda la energía liberada en los
carnívoros se destina al mantenimiento.
Los descomponedores, que reciben la mayor parte de la energía de la planta, usan más
de la mitad de ella en el mantenimiento. El resto puede ser encerrado en el material
orgánico del suelo o adoptadas por los organismos que se alimentan de los
descomponedores. En última instancia, toda la energía que originalmente es capturada
por las plantas se transforma y pierde como calor, la energía no se recicla.
Figura 5
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TEMAS UNIFICADORES DE LA BIOLOGIA
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Actividades de Autoevaluación
Después de haber leído este material, te invitamos a que
aceptes el reto de autoevaluarte y resuelvas los
cuestionarios que se encontrarán en el aula virtual en la
fecha indicada por los profesores.
¡Éxitos!
Dra. Karen Larsen
Material de apoyo al curso articulatorio para el ingreso a la Facultad de
Ciencias Veterinarias - UNCPBA
Módulo II
Dr. Roberto Najle
Dra. Silvana Scarcella
2017
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Origen de la célula
MODULO 2
Objetivos En esta Unidad vamos a describir la formación de la Tierra y presentar un
posible escenario para la evolución química de la vida entre 4 y 3,5 millones de
años. Se cree que las condiciones de la Tierra primitiva han favorecido la
formación espontánea de monómeros orgánicos, la vinculación de estos
monómeros en polímeros, la agrupación de los agregados de moléculas orgánicas
en gotas (llamados protobiontes) que se fueron capaces del metabolismo
y reproducción, así como el desarrollo de poder auto replicar su
información genética de manera de ser capaz de dirigir el metabolismo y la
reproducción.
A partir de esta primera célula, ha evolucionado una increíble diversidad biológica.
Este grupo heterogéneo de organismos ahora se clasifica en cinco reinos: Monera,
protista, planta, hongo y animal.
En esta unidad también se describe el flujo de energía y los ciclos biogeoquímicos
a través de los ecosistemas. Elementos químicos, tales como el carbono, el
oxígeno, el nitrógeno y el fósforo, se reciclan en el ecosistema de los reservorios
en la atmósfera, los océanos o el suelo a través de los productores, consumidores
y descomponedores, y vuelven de regreso a los reservorios.
Introducción
Se forma la Tierra Nadie sabe con exactitud cuándo o cómo comenzó su existencia la célula viva.
Las evidencias disponibles sugieren que la vida surgió en forma espontánea de
compuestos no vivos mediante el autoensamblaje de moléculas simples.
Los geólogos estiman que el Universo habría comenzado hace 5.000 millones de
años luego de una gran explosión conocida como "Big Bang" (ocurrida hace 1O y
20 mil millones de años). A partir de una condensación de gas y polvo se habría
formado el sistema solar. Cuando la Tierra, al igual que los planetas, se formaba
la energía mantenía sus interiores calientes y la superficie de la Tierra estaría en
estado turbulento y casi liquida; los materiales más pesados comenzaron a
concentrarse en un núcleo denso y al enfriarse la superficie fue formándose una
corteza externa. Durante los primeros 1.000 millones de años no era un lugar muy
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hospitalario para los seres vivos y de hecho no había vida. Se postula que la
atmósfera estaba formada principalmente por hidrógeno y helio, que pronto
escaparon al espacio y fueron reemplazados por los gases presentes en las
emanaciones volcánicas y el agua en estado de vapor proveniente del interior del
planeta. Al bajar aún más la temperatura, el agua se condensó y formó los
océanos.
Las propiedades de la atmósfera, de los océanos y del clima del joven planeta,
eran muy diferentes de los de la Tierra actual. Los biólogos A. l. Oparin y J.
B. Haldane, postularon que la aparición de la vida fue precedida por un período
de evolución química, Probablemente no había o había muy poco oxígeno libre y
los elementos mayoritarios que forman parte de todos los seres vivos
(hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno) estaban disponibles en el aire o en
el agua; en forma de monóxido de carbono(CO), dióxido de carbono(CO2),
nitrógeno(N2) y vapor de agua(H2O) ,posiblemente con cierta cantidad de
metano(CH4) y amoniaco(NH3). La energía abundaba en forma de calor, rayos,
radiactividad y radiación solar. En estas condiciones, en microambientes
relativamente protegidos de las severas condiciones ambientales, se habrían
formado moléculas de complejidad creciente. Es decir que las primeras
células fueron precedidas por una evolución química que produjo primero
pequeñas moléculas orgánicas, las cuales se unieron posteriormente para
formar polímeros (proteínas y ácidos nucleicos).
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Esquema conceptual
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Experimentos de simulación
Los experimentos que simulan las condiciones de la Tierra primitiva (Stanley
Miller, 1953) han confirmado que la generación de moléculas complejas en tales
condiciones no solo es posible, incluso probable. Miller demostró que casi
cualquier fuente de energía puede convertir moléculas simples en una variedad de
compuestos orgánicos complejos. Aunque ahora se considera que la atmósfera
primitiva no se parecía a la que simuló Miller, su experimento demostró que la
formación espontánea de sustancias orgánicas a partir de moléculas inorgánicas
simples es posible.
Figura 7
Esquema del experimento: Miller simuló en el laboratorio las condiciones que habrían imperado en la Tierra primitiva. Hizo circular el gas hidrógeno (H2), el
vapor de agua, el metano (CH4) y el amoníaco (NH3) permanentemente entre el
"océano" y la "atmósfera" de su dispositivo. El "océano" se calentaba, el agua se evaporaba y pasaba a la "atmósfera", donde se producían descargas eléctricas. El vapor de agua, al ser refrigerado, se condensaba y el agua líquida arrastraba las moléculas orgánicas recién formadas. Estas moléculas se concentraban en la parte del tubo que conducía al "océano". Al cabo de 24 horas, cerca de la mitad del carbono presente originalmente como metano se había convertido en aminoácidos y otras moléculas orgánicas. Ésta fue la primera evidencia experimental de la teoría de Oparin.
Sin embargo, el paso crítico para la evolución de la vida tuvo que ser la aparición
de moléculas que podían replicarse y también actuar como moldes para la síntesis
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de grandes moléculas con formas complejas aunque estables. Miller afirmo "la
diferencia esencial entre la vida y la no vida es la replicación".
Los ácidos nucleicos, los únicos polímeros que pueden replicarse y almacenar
información genética, fueron los polímeros esenciales. El primer material genético
y las primeras enzimas podrían haber sido moléculas de ARN. Uno de los
mayores desafíos de la investigación sobre el origen de la vida es encontrar una
explicación posible acerca de la aparición y vinculación del DNA, el ARN y las
proteínas. La idea más aceptada es que el RNA habría sido el primer polímero que
realizó las tareas que el ADN y las proteínas llevan a cabo actualmente en las
células.
La evolución biológica comenzó cuando se formaron las células
El siguiente paso crítico en el origen de la vida fue la inclusión de las moléculas
biológicas complejas dentro de membranas, que las mantuvieron juntas e
incrementaron su frecuencia de interacción. Las moléculas de lípidos
constituyeron el componente crítico porque estas moléculas no son solubles en
agua y dan lugar a membranas en forma de películas o láminas. Estas películas
tienden a formar vesículas esferoidales, que pueden contener encapsulados en su
interior determinados conjuntos de moléculas biológicas. Los científicos postulan
que hace 3.800 millones de años, este proceso natural de formación de
membranas dio lugar a las primeras células capaces de autoreplicación, un evento
que marcó el comienzo de la evolución biológica. Durante 2.000 millones de años
después de la aparición de las primeras células, todos los organismos fueron
unicelulares. Estos primeros organismos unicelulares fueron procariontes. La
estructura de la célula procarionte consiste en DNA y otras sustancias bioquímicas
encerradas dentro de una membrana. Estos primeros procariontes se hallaban
confinados a los océanos, donde existía una abundancia de moléculas complejas
que podían utilizar como materias primas y fuentes de energía. Los océanos los
protegieron de los efectos letales de la luz ultravioleta, muy intensa en aquel
tiempo debido a la ausencia de oxígeno en la atmósfera y, en consecuencia, de la
capa protectora de ozono.
La suma total de todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de
una célula constituye el metabolismo celular. A fin de controlar ese metabolismo,
los primeros procariontes tomaron moléculas directamente del ambiente,
degradándolas en otras más pequeñas y liberando así la energía contenida en los
enlaces químicos. Muchos científicos sostienen que las primeras células vivas
fueron heterótrofas. Al disminuir los recursos, la competencia aumentó y
sobrevivieron las células que los usaban en forma más eficiente. Luego apareció
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otro tipo de célula, capaz de sintetizar su alimento. Esta ventaja adaptativa se
propagó rápidamente. Estas células podrían haber sido autotróficas,
quimiosintéticas o fotosintéticas. Muchas de las bacterias extremófilas
descubiertas en los últimos años habrían sobrevivido cómodamente en las
condiciones de la Tierra primitiva. Las primeras células fotosintéticas fueron
probablemente similares a ciertos procariontes actuales denominados
cianobacterias. A través del tiempo, los procariontes fotosintéticos se hicieron tan
abundantes que grandes cantidades de oxígeno (02), un desecho metabólico de la
fotosíntesis comenzaron a acumularse en la atmósfera. El 02 resultó tóxico para
muchos procariontes que vivían en aquella época. Sin embargo, algunos
organismos que lo toleraron pudieron proliferar
A lo largo de millones de años, grandes cantidades de oxígeno liberadas por la
fotosíntesis formaron la capa de ozono (03), ubicada en la alta atmósfera
(estratosfera). A medida que esta capa se engrosó, interceptó en mayor grado las
letales radiaciones solares ultravioleta. Únicamente en los últimos 800 millones de
años la presencia de una densa capa de ozono les permitió a los organismos
abandonar la protección de los océanos y vivir en tierra firme.
El registro fósil revela que los primeros organismos vivos eran células semejantes
a los procariontes actuales. Estas células fueron las únicas formas de vida en
nuestro planeta durante casi 2.000 millones de años, hasta que aparecieron los
eucariontes.
Las células eucariontes evolucionaron de las procariontes
0tro paso importante en la historia de la vida fue la evolución de células con
compartimentos intracelulares separados, llamados organelas, que fueron
capaces de realizar funciones celulares especializadas. Se postula que algunos
orgánulos se originaron cuando las células ingirieron otras más pequeñas.
La teoría endosimbiótica, algunas organelas eucarióticas, especialmente las
mitocondrias y los cloroplastos, fueron en tiempos pasados bacterias de vida libre
que luego se alojaron dentro de otras células. La similitud entre el DNA, las
enzimas y la forma de reproducción de esas organelas y las bacterias apoyan esta
teoría.
Al surgir la multicelularidad, las células se especializaron
Hasta hace algo más de 1.000 millones de años, todos los organismos que
existían -sean procariontes o eucariontes- eran unicelulares. Entonces otro paso
evolutivo fundamental tuvo lugar cuando algunas células eucariontes no lograron
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separarse luego de la división celular y permanecieron unidas entre sí. La
asociación permanente de células posibilitó que algunas se especializaran en
ciertas funciones, como la reproducción, mientras que otras lo hicieron en variadas
funciones, como la absorción de nutrientes y la distribución de éstos a las células
vecinas. Esta especialización celular permitió un aumento de tamaño de los
eucariontes pluricelulares, que se tornaron más eficientes en la recolección de
recursos y en la adaptación a ambientes específicos.
Figura 8
La vida de la célula
Gracias a la invención del microscopio, en la década de 1590, por los fabricantes
de lentes holandeses Zaccharias y Hans Janssen fue posible el descubrimiento de
las células. Los primeros investigadores que mejoraron la tecnología microscópica
y la emplearon para estudiar a los seres vivos fueron el holandés Antoni van
Leeuwenhoek y el inglés Robert Hooke, hacia mediados y finales de la década de
1600.
Transcurrieron más de cien años antes que los estudios de las células tuvieran
adelantos significativos. En 1838, el biólogo alemán Matthias Schleiden y el belga
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Theodor Schwann arribaron a la conclusión de que los elementos estructurales de
las plantas y de los animales eran esencialmente idénticos formulando a partir de
sus conclusiones la teoría celular, que establece que:
• Las células son las unidades básicas estructurales y fisiológicas de todos
los organismos vivos.
• Las células son, a la vez, entidades diferenciadas (autónomas) y bloques
constructores de organismos más complejos.
En la actualidad pueden agregarse, pueden agregarse algunas premisas a la
teoría celular:
• Todas las células provienen de células preexistentes.
• Todas las células presentan una composición química similar.
• La mayoría de las reacciones químicas de la vida tienen lugar dentro de las
células.
• Conjuntos completos de información genética son replicados y distribuidos
durante la división celular.
Los organismos vivos están formados por células. Algunos organismos son
unicelulares, consisten en una única célula que realiza todas las funciones de la
vida, mientras que otros son multicelulares, compuestos por cierto número de
células que se hallan especializadas
y cumplen diferentes funciones.
• La célula es el nivel mas bajo de la organización biológica que puede llevar
a cabo todas las actividades necesarias para la vida.
• La capacidad de las células a dividirse es la base de todo; reproducción,
crecimiento y reparación de los organismos multicelulares.
• La célula contiene ADN que es el reservorio de la información genética,
esta información hereditaria dirige las actividades de la célula. El ADN es la
sustancia de los genes, unidades de la herencia que transmiten la
información de padres a hijos y programa la producción celular de
proteínas.
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• Cada molécula de ADN esta constituida por dos largas cadenas dispuestas
en una doble hélice. Cada eslabón de la cadena es uno de los cuatro tipos
de componentes químicos llamados nucleótidos.
A lo largo del tiempo, han evolucionado dos tipos principales de células
estructuralmente diferentes. Las células de los dos grupos de microorganismos
llamados Bacterias y Arqueas consisten en células procariotas, mientras que
todas las demás formas de vida incluidas las plantas y los animales, están
compuestas por células eucariotas. Las características compartidas o
comunes por los dos tipos de células son: están rodeadas o delimitadas por
una membrana que regula el paso de materiales entre la célula y sus
alrededores y usan el ADN como reservorio de la información genética.
Mientras que las características propias para cada tipo son:
• Procariotas: ausencia de organelas, ADN disperso ausencia de núcleo.
• Eucariotas: organelas dispersas en el citoplasma, algunas organelas
delimitadas por membranas, incluido un núcleo con ADN.
Figura 9
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Las células procariontes Son mucho más simples y por lo general mas pequeñas (2 y8 μm de largo) que las
células eucariotas. En una célula procariota el ADN, NO esta separado del resto
de la célula en un núcleo delimitado por una membrana (como ocurre en las
eucariotas) pero si se ubica en una zona conocida como región nucleoide.
Contiene ribosomas que unen aminoácidos y forman polipéptidos, los polímeros
que forman proteínas.
La membrana plasmática rodea el citoplasma de la célula procariota. Alrededor de
la membrana plasmática de la mayoría de las bacterias existe una pared celular
bacteriana relativamente rígida y químicamente compleja. Esta pared protege a la
célula y le ayuda a conservar una cierta forma, en algunas procariotas, existe una
cubierta externa denominada capsula, que rodea a la pared celular y protege aun
mas la superficie de la célula. Las capsulas participan además en la adhesión de
las bacterias a las superficies (por ej. a los tejidos del cuerpo humano).
Además de sus cubiertas externas, algunas bacterias poseen proyecciones en su
superficie. Los pili son proyecciones cortas que también le ayudan a adherirse a
superficies. Los flagelos procarioticos son proyecciones largas que propulsan a la
célula procariota a través de un medio líquido.
Figura 10
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Las células eucariontes
Por lo general, las células eucariontes son más grandes y más complejas que las
bacterias y las arqueas. Algunas tienen una vida independiente como organismos
unicelulares, como las amebas y las levaduras; otras, forman agrupaciones
pluricelulares. Los organismos pluricelulares más complejos -p. ej., las plantas, los
animales y los hongos- están formados por células eucariontes.
Por definición, todas las células eucariontes tienen un núcleo. Pero la presencia
del núcleo con lleva la existencia de una variedad de otros orgánulos, estructuras
subcelulares que cumplen funciones especializadas. La mayoría estas estructuras
también son comunes a todos estos organismos eucariontes. A continuación, se
analizarán desde el punto de vista de sus funciones las principales organelas que
se encuentran en las células eucariontes.
El núcleo es el depósito de información de la célula
El núcleo suele ser el orgánulo más destacado de la célula eucarionte (ver figura).
Está rodeado por dos membranas concéntricas que forman la envoltura nuclear y
contiene moléculas de DNA (como moléculas cromosómicas). En su interior se
encuentra el nucléolo el cual es responsable de la producción del ARN ribosómico.
Las otras organelas se localizan en el citoplasma, la totalidad de la región que se
encuentra entre el núcleo y la membrana externa de la célula.
Las mitocondrias generan energía utilizable del alimento para proporcionársela a
la célula
Las mitocondrias están presentes en casi todas las células eucariontes y son uno
de los orgánulos más destacados (Fig. célula animal y vegetal). Tienen una
estructura muy característica, cuando se los visualiza con el microscopio
electrónico: cada mitocondria tiene forma alargada (de salchicha o de gusano),
mide entre uno y muchos micrómetros y se halla rodeada de dos membranas
separadas.
Los cloroplastos capturan la energía de la luz solar y realizan el proceso de fotosíntesis.
Los cloroplastos son orgánelas grandes y verdes. El color se debe a la presencia
del pigmento clorofila encargado de capturar la luz solar. Esta organela presenta
tres membranas: la externa, la interna y la tilacoidal. Se encuentran sólo en las
células de plantas y algas, no en las células de animales ni de hongos. (fig. célula
vegetal)
Las membranas internas crean compartimientos intracelulares con diferentes
funciones
Los núcleos, las mitocondrias y los cloroplastos no son los únicos orgánulos
delimitados por membranas de las células eucariontes. El citoplasma contiene
muchos otros orgánulos -la mayoría rodeados por una sola membrana- que
cumplen muchas funciones distintas. La mayor parte de estas estructuras
participan en la importación de materiales sin procesar y la exportación de
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sustancias sintetizadas y productos de desecho. Algunos de estos orgánulos
rodeados por membranas están muy agrandados en las células especializadas en
la secreción de proteínas; otros son particularmente abundantes en células
especializadas en la digestión de cuerpos extraños.
ESQUEMA DE UNA CELULA EUCARIOTA ANIMAL
Figura 11
El retículo endoplásmico (RE) es un laberinto irregular de espacios
interconectados rodeados por una membrana (Fig. célula animal y vegetal). El
retículo endoplásmico liso se encarga principalmente del metabolismo
de compuestos ajenos a la célula como los tóxicos. El retículo
endoplásmico rugoso posee ribosomas adheridos a su membrana y es el
lugar en donde se fabrican la mayoría de los componentes de la membrana
celular, así como las sustancias (proteínas) que son exportadas por la célula. Sin
embargo, también existen ribosomas libres en el citoplasma y estos se encargan
fundamentalmente a la síntesis de proteínas citosólicas.
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El complejo de Golgi (Fig. célula animal y vegetal), compuesto por pilas de sacos
aplanados envueltos por membranas, recibe y con frecuencia modifica
químicamente las moléculas producidas en el retículo endoplasmático y, después,
las envía al exterior de la célula o a diversas localizaciones internas.
Los lisosomas (Fig. célula animal)
Son organelas pequeñas de forma irregular, en los que tiene lugar la digestión
intracelular, con liberación de nutrientes de partículas alimentarias y degradación
de moléculas no deseadas para su reciclado o excreción.
Los peroxisomas
Son vesículas pequeñas rodeadas de membrana que proporcionan un medio
contenido para las reacciones que generan o degradan peróxido de hidrógeno,
una sustancia química peligrosamente reactiva. Las membranas también forman
diversos tipos de vesículas pequeñas que participan en el transporte de sustancias
entre un orgánulo rodeado de membrana y otro. La Figura de la célula animal y
vegetal esquematiza todo este conjunto de orgánelas interrelacionadas.
El citoesqueleto es responsable de dirigir los movimientos celulares
El citoplasma no es sólo una sopa de sustancias químicas y orgánulos sin
estructura. Con el microscopio electrónico, se puede observar que, en las células
eucariontes, el citosol está entrecruzado por filamentos proteicos largos y
delgados. Con frecuencia, se observa que los filamentos están fijos por un
extremo a la membrana plasmática o que irradian desde un lugar central cercano
al núcleo. Este sistema de filamentos se denomina citoesqueleto.
En la mayoría de las células vegetales existe uno o más compartimentos llamados
vacuolas, delimitados por membranas. Según el tipo celular representan entre el
10 y el 90% del volumen del citoplasma. Existen dudas sobre su origen, se cree
que se forman por la fusión entre sí de las vesículas surgidas del Golgi. La
principal función de las vacuolas es la de guardar líquidos permitiendo regular el
volumen y la turgencia de la célula.
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ESQUEMA DE UNA CELULA EUCARIOTA VEGETAL
Figura 12
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Ciclos Biogeoquímicos
Son abundantes las sustancias que circulan a través del sistema: agua, nitrógeno,
carbono, fósforo, potasio, azufre, magnesio, calcio, sodio, cloro y también otros
minerales como hierro y cobalto que son requeridos por los sistemas vivos solo en
cantidades muy pequeñas. Los movimientos de sustancias inorgánicas
constituyen ciclos biogeoquímicos porque involucran tanto componentes
geológicos como biológicos del ecosistema donde los componentes del entorno
geológico son:
La atmósfera: fundamentalmente gases que incluyen el vapor de agua.
La litosfera: corteza sólida de la Tierra.
La hidrosfera: océanos, lagos y ríos que cubren las tres cuartas partes de la
superficie terrestre.
Los componentes biológicos de los ciclos biogeoquímicos incluyen a los
productores, los consumidores y los descomponedores.
Productores: organismo autótrofo, habitualmente fotosintetizador, que contribuye a
la productividad primaria neta de una comunidad.
Consumidores: un heterótrofo que obtiene su energía de organismos vivos o
recién muertos. Los consumidores primarios son herbívoros; los consumidores de
un nivel superior son carnívoros.
Descomponedores: detritívoros especializados, habitualmente bacterias u hongo,
que consumen sustancias como la celulosa y los productos nitrogenados de
desechos. Sus procesos metabólicos liberan nutrientes inorgánicos que reutilizan
las plantas y otros organismos.
Como consecuencia de la actividad metabólica de los descomponedores, los
compuestos orgánicos son degradados a sustancias inorgánicas que quedan
disponibles en el suelo o en el agua. Desde allí, estas sustancias se vuelven a
incorporar a los tejidos de los productores primarios, pasan a los consumidores y a
los detritívoros y luego a los descomponedores, desde los cuales entran de nuevo
en las plantas y así se repite el ciclo. Hay un número importante de ciclos
biogeoquímicos, nosotros tendremos en cuenta el ciclo del agua, carbono,
nitrógeno y fósforo. Otros elementos siguen ciclos similares
y difieren solo en algunos detalles.
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Ciclo del agua
El ciclo del agua es producido por el calor proveniente del sol. Los tres procesos
producidos por el calor solar, la precipitación, evaporación y la transpiración de las
plantas, mueven de manera continua el agua entre el suelo, los océanos y la
atmosfera.
La evaporación excede a la precipitación por lo que el exceso de vapor de agua en
las nubes se transporta de los océanos a través de la tierra. Sobre la tierra la
precipitación forma sistemas de agua superficial (lagos y arroyos) y mantos
acuíferos. Todo esto vuelve de regreso al mar, cerrando el ciclo del agua. Este
ciclo tiene carácter global ya que es un gran depósito de agua en la atmosfera.
La actividad humana puede transformar el ciclo global de agua una forma de
afectarlo es el bombeo de grandes cantidades de aguas freáticas a la superficie
para su uso en irrigación otra es la transpiración de la densa vegetación de los
bosques tropicales perennifolios (de hojas permanentes).
Figura 13. Los números entre paréntesis indican las cantidades reales de agua como trillones (10
18) gramos por año.
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Conceptos claves del ciclo del agua • Importancia biológica
El agua es esencial para todos los organismos y su disponibilidad influye en las
tasas de los procesos del ecosistema.
• Las formas biológicamente disponibles
Agua líquida es la principal forma en que el agua se utiliza.
• Depósitos Los océanos contienen el 97% del agua en la biosfera.
2% se une en forma de hielo, y el 1% se encuentra en lagos, ríos y aguas
subterráneas.
Una cantidad insignificante en la atmósfera.
• Procesos claves
El principal proceso de la conducción del ciclo del agua es la evaporación del agua
en estado líquido por energía solar, la condensación del vapor de agua en las
nubes y la precipitación.
La transpiración por las plantas terrestres mueve grandes cantidades de agua.
El flujo de agua de superficie y subterránea, devuelven el agua a los océanos.
Ciclo del Carbono
Figura 14
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Por medio de la fotosíntesis, alrededor de 100 mil millones de toneladas métricas
de carbono se fijan anualmente en los compuestos de carbono, o carbohidratos.
Parte de los carbohidratos la usan los propios organismos fotosintetizadores. Las
plantas consumen carbohidratos en el proceso respiratorio y liberan C02 desde
sus raíces al suelo y desde sus hojas a la atmósfera. Por otra parte, las algas
marinas lo liberan en el agua, donde el C02 disuelto se mantiene en equilibrio con
el C02 del aire. 0tra parte de los carbohidratos la utilizan los animales que se
alimentan de plantas vivas, de algas y de otros animales y también liberan C02.
Una cantidad enorme de carbono se encuentra contenida en los cuerpos muertos
de las plantas y de otros organismos así como en las hojas caídas, las heces y
otras sustancias de desecho que se depositan en el suelo o se hunden hasta los
fondos oceánicos, donde los consumen pequeños invertebrados, bacterias y
hongos.
La actividad de los organismos descomponedores contribuye notoriamente a la
liberación de C02 en el aire y los océanos. 0tro depósito de carbono, aún más
grande, yace debajo de la superficie terrestre, en forma de carbón y de petróleo,
depositados allí hace unos 300 millones de años.
Los procesos naturales de la fotosíntesis y de la respiración a largo plazo tienden
a equilibrarse. Durante el extenso tiempo geológico, la concentración de C02de la
atmósfera ha variado de un modo notorio si bien durante los últimos 1.000 años
permaneció relativamente constante. El C02 se encuentra en la atmósfera en una
proporción muy baja, solo cerca del 0,03% del total de gases del aire. Sin
embargo, tiene una función importante ya que es uno de los gases que absorben
el calor emitido por la Tierra, lo cual provoca un aumento de la temperatura. Sin
ese efecto amortiguador, la Tierra tendría unos -20ºC y toda el agua estaría
congelada; en consecuencia impediría el desarrollo de la vida. Desde 1850, la
concentración de C02 en la atmósfera se ha duplicado. Se cree que este aumento
se debe al uso a gran escala de combustibles fósiles, la roturación del suelo y la
destrucción de las áreas boscosas y selváticas.
Cuando se tala una selva, la oxidación de su biomasa -ya sea porque se quema o
por los procesos metabólicos de los descomponedores libera grandes cantidades
de C02. Además, la absorción de este por los vegetales se interrumpe. Por otra
parte, se está verificando que, con la elevación de la temperatura, la eficiencia en
la producción absoluta de biomasa disminuye en muchas regiones. Entre las
consecuencias de este posible aumento de la temperatura del planeta se teme
una pequeña elevación del nivel de los océanos -por la fusión de hielos polares-,
capaz de inundar muchas islas de escasa altitud y aun grandes ciudades ubicadas
en costas marinas bajas.
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Conceptos claves del ciclo del carbono
• Importancia biológica
Moléculas orgánicas tienen un marco de carbono.
• Las formas biológicamente disponibles
Autótrofos convierten el dióxido de carbono a moléculas orgánicas que son
utilizados por los heterótrofos.
•Depósitos
Las principales reservas de carbono son los combustibles fósiles, suelos,
sedimentos acuáticos, los océanos, las plantas y la biomasa animal, y la atmósfera
(C02).
•Procesos clave
La fotosíntesis por las plantas y fitoplancton fija el C02 atmosférico.
C02 se añade a la atmósfera por la respiración celular de los productores y los
consumidores.
Volcanes y la quema de combustibles fósiles emiten C02 a la atmósfera.
Ciclo del Nitrógeno
Figura 15
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+
-
-
El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, en la que constituye hasta el
78% de los gases. Sin embargo, la mayor parte de los seres vivos no pueden
utilizar el nitrógeno atmosférico para elaborar compuestos nitrogenados como los
aminoácidos y dependen del nitrógeno presente en los minerales del suelo. Por lo
tanto, a pesar de la abundancia de nitrógeno en la atmosfera, su escasez en el
suelo suele ser el principal factor limitante del crecimiento vegetal, El ciclo del
nitrógeno se basa principalmente en las bacterias. La circulación y la recirculación
del escaso nitrógeno a través del mundo orgánico y el mundo físico se conoce
como ciclo del nitrógeno. Las tres etapas principales de este ciclo son: 1)
amonificación, 2) nitrificación y 3) asimilación.
La mayor parte del nitrógeno que se encuentra en el suelo es el resultado de la
descomposición de materiales orgánicos, encontrándose en compuestos
orgánicos complejos como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos.
Estos compuestos nitrogenados son degradados con rapidez a compuestos
simples por hongos y bacterias del suelo actuando como detritívoros
descomponiendo el detritus. Estos microorganismos usan estas moléculas
sencillas para construir sus propias proteínas y liberan el exceso de nitrógeno en
forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4 ). Proceso conocido como
amonificación.
Hay dos grupos de bacterias fijadoras de nitrógeno Las fijadores de nitrógeno en
el suelo y en nódulos de la raíz de algunas plantas (por ejemplo en leguminosas,)
convierten el N2 atmosférico en amoniaco (NH3), el cual convierte en amonio
(NH4+). (En los ecosistemas acuáticos, las cianobacterias son importantes
fijadores de nitrógeno.) A su vez, otras bacterias del suelo convierten el amoníaco
o el ion amonio en nitrito (N02 ), proceso que se denomina nitrificación.
El nitrito es tóxico para muchas plantas, pero es raro que se acumule ya que otro
género de bacterias oxida el nitrito a nitrato (N03 ). Las plantas pueden utilizar sólo
el nitrógeno en forma de iones nitrato (N03-) o iones amonio (NH4 +), Aunque
pueden utilizar el amonio directamente, el nitrato es la principal fuente de
nitrógeno para las plantas entrando por las raíces. Siendo utilizado por las plantas
para producir aminoácidos y proteínas, quedando el nitrógeno disponible más
adelante, para los organismos consumidores, la forma en la cual la mayor parte
del nitrógeno. Estos procesos liberan energía.
Una vez que el nitrato alcanza la célula vegetal, se reduce nuevamente a amonio.
En contraste con la nitrificación, este proceso de asimilación requiere energía.
Los iones amonio que se forman de esta manera se transfieren a compuestos que
contienen carbono y se producen aminoácidos y otros compuestos orgánicos
nitrogenados.
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Aunque el ciclo del nitrógeno parece cerrado y autoperpetuado, el suelo pierde
nitratos continuamente por diversos procesos: las cosechas, la erosión, el fuego,
el agua que se infiltra. Cierto grupo de bacterias del suelo (las edáficas) conocidas
como desnitrificantes, contribuyen a esta pérdida: en ausencia de oxigeno
completan el ciclo del nitrógeno al convertir los nitratos del suelo en N2 atmosférico
utilizando los átomos de oxígeno para su propio metabolismo. Este proceso,
conocido como desnitrificación, ocurre en suelos mal drenados (por esa razón,
mal aireado). A pesar de estas pérdidas, el ciclo se mantiene fundamentalmente
por la actividad de las bacterias fijadoras de nitrógeno, que incorporan el nitrógeno
gaseoso del aire a compuestos orgánicos nitrogenados. Así como todos los
organismos dependen finalmente de la fotosíntesis para obtener energía, también
todos ellos dependen de la fijación de nitrógeno para obtener nitrógeno (ver
figura).
La actividad humana ha alterado el equilibrio del ciclo del nitrógeno en gran
cantidad de áreas. Las plantas de tratamiento de aguas residuales por lo general
vacían grandes cantidades de compuestos de nitrógeno inorgánico disuelto en ríos
o arroyos. Los agricultores aplican de manera rutinaria una gran cantidad de
fertilizantes de nitrógeno inorgánico, principalmente compuestos de amonio y
nitratos a las tierras de cultivo. Los prados y campos de golf también reciben dosis
considerables de fertilizante. Las plantas de cultivo y de prados toman parte de los
compuestos de nitrógeno y las bacterias desnitrificantes convierten parte en N2
atmosférico, pero los fertilizantes químicos exceden por lo general la capacidad
natural de reciclaje del suelo. El exceso de los compuestos de nitrógeno con
frecuencia entra a los ríos, lagos y aguas subterráneas.
En los lagos y ríos, estos compuestos nitrogenados continúan fertilizando,
causando un gran crecimiento de algas. La contaminación de las aguas freáticas
por fertilizantes nitrogenados es un grave problema en muchas áreas agrícolas.
Los nitratos en el agua potable se convierten en nitritos, los cuales pueden ser
tóxicos en el tracto digestivo humano.
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3
3 2
3
3
Conceptos claves del ciclo del nitrógeno
•Importancia biológica
Nitrógeno es un componente de los aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Puede ser un nutriente limitante.
• Las formas biológicamente disponibles
Las plantas y las algas pueden utilizar amonio (NH4 +) o nitrato (N0 -).
Varias bacterias también puede utilizar NH4 +, N0 -,
o N0 -.
Animales sólo pueden utilizar las formas orgánicas de nitrógeno.
•Depósitos
El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera, que es del 80% de gas
nitrógeno (N2).
Nitrógeno también está obligado en los suelos y los sedimentos de lagos, ríos y
océanos.
Algo de nitrógeno se disuelve en el agua superficial y subterránea.
El Nitrógeno, se almacena en la biomasa viva.
•Procesos clave
El nitrógeno entra en los ecosistemas principalmente a través de la fijación de
nitrógeno bacteriano.
Algunos átomos de nitrógeno se fijan por un rayo y la producción de fertilizantes
industriales.
Amonificación por las bacterias descomponen el nitrógeno orgánico
En la nitrificación, las bacterias convierten el NH4 + a N0 -.
En la desnitrificación, las bacterias utilizan para el metabolismo N0 -en lugar de
02, liberando N2
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Ciclo del Fosforo
Figura 16
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A diferencia del nitrógeno, el elemento fósforo tiene sus reservas abióticas
principales en las rocas, más que en la atmósfera, por lo que el ciclo del fosforo
depende de la intemperización de las rocas, la cual añade fosfatos de manera 3-gradual (compuestos que contienen P04 ) al suelo.
Las plantas absorben los iones fosfatos disueltos en el suelo y los añaden a los
compuestos orgánicos. Los consumidores obtienen el fósforo en forma orgánica a
partir de las plantas. Los descomponedores regresan los fosfatos al suelo.
Algunos de los fosfatos también se precipitan fuera de la solución en el fondo de
los lagos profundos y de los océanos. Los fosfatos en esa forma pueden
finalmente volverse parte de nuevas rocas y no estarán dentro de un ciclo de
nuevo en organismos vivos hasta que los procesos geológicos eleven las rocas y
las expongan a la intemperización.
Debido a que la intemperización es por lo general un proceso lento, la cantidad de
fosfatos disponibles a las plantas en los ecosistemas naturales con frecuencia es
bastante baja. El crecimiento de las plantas puede, de hecho, verse limitado por la
poca cantidad de fosfatos solubles en el suelo. Y en los lagos que no han sido
alterados por la actividad humana, un bajo nivel de fosfatos disueltos comúnmente
mantiene el crecimiento de las algas a un mínimo, con lo que ayudan a mantener
clara al agua. Sin embargo, en muchas zonas, el exceso, más que la limitación de
fosfatos es un problema. Al igual que los compuestos nitrogenados, los fosfatos
son un componente principal de la salida de aguas residuales. También se les
utiliza de manera extensiva en fertilizantes agrícolas y son un ingrediente común
en los pesticidas. La contaminación de lagos y ríos por fosfatos, al igual que la
contaminación por nitratos, produce un gran crecimiento de algas.
Conceptos claves del ciclo del fósforo
•Importancia biológica
Fósforo es un componente de los ácidos nucleicos, fosfolípidos y ATP y otras
moléculas de almacenamiento de energía.
Se trata de un componente mineral de los huesos y los dientes.
•Las formas biológicamente disponibles 3-La forma inorgánica sólo de importancia biológica el fosfato (P04
plantas absorben y utilizan para sintetizar compuestos orgánicos.
•Depósitos
), que las
El principal reservorio de fósforo es las rocas sedimentarias de origen marino.
También hay grandes cantidades de fósforo en los suelos, disuelto en los
océanos, y en los organismos.
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•Procesos clave
Erosión de las rocas poco a poco añade el fosfato en el suelo.
Algo de fosfato se filtra en el agua subterránea y superficial y se mueve hacia el
mar.
Fosfato pueden ser absorbidos por los productores y se incorporan en materia
orgánica.
Se devuelve al suelo o al agua a través de la descomposición de la biomasa o la
excreción por los consumidores
La importancia de los vegetales en la retención de minerales
Estudios hechos en las selvas tropicales de América Central y del Sur subrayaron
la importancia de la vegetación en la retención de minerales. En particular en la
selva lluviosa tropical, virtualmente todos los nutrientes minerales son retenidos
por los componentes vivos del ecosistema y muy escasamente por el suelo.
Cuando los nutrientes inorgánicos son liberados por la acción de los
descomponedores, son reabsorbidos de inmediato por las raíces de las plantas.
Esto tiene el efecto de evitar la lixiviación de nutrientes del suelo por las lluvias
frecuentes, a menudo torrenciales. Cuando se desmonta la selva para implantar
cultivos, muchas veces es imposible realizar un segundo cultivo después de que
se ha cosechado el primero.
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Actividades de Autoevaluación
Después de haber leído este material, te invitamos a que
aceptes el reto de autoevaluarte y resuelvas los
cuestionarios que se encuentran en el aula virtual
¡Éxitos!
Material de apoyo al curso articulatorio para el ingreso a la Facultad de
Ciencias Veterinarias - UNCPBA
Módulo III
Dra. Karen Larsen
Dr. Roberto Najle
Dra. Silvana Scarcella
2017
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MODULO 3
Diversidad de la vida
Clasificación de los organismos
Durante siglos, los naturalistas intentaron describir y explicar la inmensa
diversidad del mundo natural ya que se estima que la Biosfera terrestre está
poblada por unos dos: millones de especies distintas. Procurando poner en
orden esta vasta diversidad de seres vivos clasificándolos de manera
coherente.
Los biólogos se enfrentan constantemente con la inmensa y difícil tarea de
determinar y clasificar la vasta diversidad de organismos con la que
compartimos el planeta. Para llevar a cabo esta empresa, se apoyan en la
sistemática.
La sistemática es la disciplina científica que estudia la diversidad de los seres
vivos en un intento de construir un sistema ordenado de clasificación de los
organismos. La reconstrucción de la filogenia es parte de la ciencia de la
sistemática, es decir, el estudio de la diversidad biológica y su clasificación.
Los sistematicistas emplean la taxonomía, la identificación y clasificación de
las especies, e intentan organizar a los organismos en categorías que reflejen
la filogenia (o sea, la historia evolutiva de una especie o grupo de especies
relacionadas).
Una de las mejores fuentes de información acerca de las relaciones
filogenéticas son las estructuras homólogas. Las estructuras homólogas
pueden parecer diferentes y funcionar de manera muy diferente en distintas
especies, pero pueden mostrar similitudes fundamentales debido a que
evolucionaron a partir de la misma estructura en un antepasado común. Entre
los vertebrados, por ejemplo, los miembros anteriores de la ballena están
adaptados para servir como timón en el agua; el ala de murciélago está
adaptada para volar. Sin embargo, existe una similitud básica en los huesos
que soportan a estas dos estructuras Un sistematicista siempre busca las
homologías entre las especies, ya que éstas frecuentemente son claves para
determinar las relaciones filogenéticas. Por lo general, entre mayor sea el
número de estructuras homólogas entre dos especies, más cercana será la
relación entre las dos especies.
No todas las similitudes son heredadas de un antepasado común, pudiendo
ser una adaptación a un ambiente similar por organismos que no comparten
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un mismo antepasado Dando estructuras corporales o rasgos de diferentes
organismos que pueden cumplir funciones similares y tener aspectos
superficial parecido pero son diferentes en cuanto a origen y estructura
básica. Son análogas, en vez de homólogas.
Para comprender el modo en que los biólogos han enfrentado el desafío de
clasificar a los seres vivos, comencemos por analizar la unidad básica de la
clasificación biológica, la especie.
La especie puede definirse como una población o conjunto de especies
naturales estrechamente relacionadas en cuanto a su origen y entre las que
puede ocurrir un intercambio efectivo de material genético (flujo genético) Por
consiguiente sus miembros tienen las características funcionales y
estructurales y son capaces de cruzarse unos con otros para producir
descendencia fértil.
El nombre científico de cada especie se designa con dos palabras: la primera,
con mayúscula, corresponde al género y la segunda, con minúscula, a la
especie propiamente dicha. Ambas se expresan generalmente en latín para
darle validez universal. Este es el llamado sistema de nomenclatura binomial,
impuesto por el médico y naturalista sueco C. Linneo en el siglo XVIII.
Además de definir y nombrar a las especies, el objetivo principal de la
sistemática es agrupar a las especies en categorías taxonómicas más
amplias, utilizando un sistema que también fue ideado por Lineo. La
clasificación de los organismos se basa en un sistema jerárquico de grupos
dentro de grupos, en donde cada grupo representa un determinado nivel.
Cada grupo en particular es un taxón y el nivel donde se lo sitúa es una
categoría.
Más allá de agrupar a las especies dentro de géneros, el sistema de Lineo se
amplía a categorías de clasificación progresivamente más extensas. Este
sistema ubica géneros similares en la misma familia grupos de familias en
órdenes, los órdenes en clases, las clases en filos y los filos en reinos.
Muchos taxónomos, agrupan a los reinos en una categoría taxonómica mayor
llamada dominio.
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Figura 16
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Dominios
Figura 17
En 1969, RH Whittaker abogó por un sistema de cinco reinos: Mónera,
Protistas, Plantas, Fungí, y Animalia.
El sistema de cinco reinos reconoció que hay dos tipos fundamentalmente
diferentes de células: las procariotas (reino Mónera) y las eucariotas (los otros
cuatro reinos).
Tres reinos de eucariotas pluricelulares se distinguían por la nutrición, en
parte.
Plantas son autótrofas, obtienen compuestos orgánicos a través de la
fotosíntesis.
Mayoría de los hongos descomponedores poseen la digestión extracelular y
la nutrición por absorción. La mayoría de los animales ingieren los alimentos y
lo digieren dentro de cavidades especializadas. La mayoría de los protistas
son unicelulares.
En la actualidad existe el sistema de tres dominios de: 1) Eubacteria, 11)
Archaea y 111) Eukarya, como "superreinos". Las Eubacterias difieren de
Archaea en muchos claves estructural, bioquímicas y características
fisiológicas.
Eubacteria (1) y Archaea (11)
Las bacterias no solo son las formas de vida más antiguas, sino también las
más abundantes. Tienen características fenotípicas semejantes: son
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unicelulares, libres o agregados, sin núcleo, ni organelas es decir
particularidades que definen a los procariontes en forma muy general.
Dominio Eubacteria Las eubacterias, tanto las formas aerobias como las anaerobias han
colonizado una inmensa diversidad de hábitat: aguas dulces y salobres, zonas
calientes y frías, terrenos fangosos fisuras de rocas y sedimentos marinos,
algunos incluso han conquistado el aire.
Muchas conviven con otros organismos; en el tubo digestivo de insectos,
moluscos o mamíferos, en la cavidad oral, las vías urogenitales y respiratorias
de mamíferos o en la sangre de vertebrados, se pueden alojar en órganos
luminiscentes de peces y persisten mucho tiempo asociados con raíces y
tallos de plantas, con hongos (líquenes) y protozoos, las eubacterias también
se encuentran en alimentos como leche, carne, huevos, mariscos refrigerados
y alimentos crudos.
A continuación, a modo de ejemplo, te citamos algunas eubacterias más
familiares:
-Helicobacter pylori (grupo Proteobacterias) típicamente infectan células secretoras
de moco del intestino de mamíferos y provoca ulceras.
-Rhizobium leguminosarun (grupo Proteobacterias) forman nódulos en las raíces de
las plantas leguminosas en los que fijan nitrógeno atmosférico.
-Escherichia coli (grupo Proteobacterias) se encuentran en la flora intestinal de
mamíferos y alimentos. Tienen un papel importante en la nutrición de su hospedador,
ya que sintetizan algunas vitaminas. Algunos tipos son patógenos. Se diseminan por
medio de los alimentos.
-Mycobacterium tuberculosis (grupo Actinobacterias) son los agentes causantes de la
tuberculosis en el ser humano.
-Treponema pallidum (grupo Espiroquetas) causan la sífilis, enfermedad
estrictamente humana.
-Chlamydia pneumoniae (grupo Clamidias) parásitos intracelulares obligados de
mamíferos y aves.
-Clostridium botulinum bacilos causantes de intoxicaciones alimentarias graves, por
secretar una toxina letal.
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Dominio Archaea
Prosperan en condiciones de crecimiento desusadas-(o condiciones
extremas)- tanto acuáticas como terrestres. Pueden soportar temperaturas
superiores a 1OOºC o inferiores a OºC, concentraciones salinas muy altas y
pH extremos. Las archaea pueden ser aerobias o anaerobias,
estrictas o facultativas.
Se encuentran en aguas cercanas a zonas de actividad volcánica, en aguas
calientes sulfurosas en lagos salados (mar Muerto), en sedimentos marinos,
en pantanos, en suelos, estiércol y por ej: Halobacterium halobium
(halobacterias) se puede encontrar presente en latas de conservas de
pescados.
Algunas viven dentro de otros organismos como por Ej. En el tubo digestivo
de animales como los rumiantes o en el ser humano, o incluso dentro de
protozoos anaerobios. Tienen diversidad de formas, siendo las más
frecuentes los bacilos.
Los organismos patógenos
Las bacterias patógenas representan una pequeña proporción de las
eubacterias. Algunas producen toxinas que pueden ser o endotoxinas o
exotoxinas. Cuando la bacteria se muere, se lisa (rompe) y las endotoxinas se
unen a las células del sistema inmune del hospedador y causan fiebre Ej.
Salmonella y Escherichia coli.
Las exotoxinas son proteínas secretadas por algunas bacterias. Son muy
toxicas pero no causan fiebre. Entre las bacterias que producen exotoxinas se
encuentran Clostridium botulinum, causante de botulismo, Clostridium tetani
causante del tétanos y Vibrio cholerae del cólera.
Dominio Eucariontes
Como surgieron los eucariontes?
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Teoría Endosimbiotica
Figura 19
1-Reino Protistas: incluye protozoos, algas y mohos.
2-Reino Fungí: hongos, líquenes.
3-Reino Plantas: musgos, helechos, coníferas y plantas con flor.
4-Reino Animal: invertebrados y vertebrados.
1.-PROTISTAS (protozoos, algas, mohos).
Llamamos protistas a todos esos eucariontes que no son plantas, animales ni
hongos. Los organismos aquí, agrupados como todo el resto de eucariotas
poseen núcleo y organelas por lo que son organismos que están
compartamentalizados.
Es el reino de mayor diversidad, algunos están más relacionados con los
animales que con otros protistas. Algunos son móviles otros sésiles, algunos
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son fotosintetizadores, otros son heterótrofos, otros parásitos, otros saprofitos
(ingieren organismos muertos). La mayoría son unicelulares, mientras que
algunas algas marinas no solo son multicelulares sino también enormes.
La gran importancia de los protistas, es que es el grupo de origen de los tres
reinos restantes, Hongos, Plantas y Animales.
A continuación, a modo de ejemplo, te citamos algunos protistas más
familiares:
Diatomeas: integran el fitoplancton en los ambientes marinos, siendo una fuente de
alimento para los pequeños animales oceánicos.
Ameba:
Paramecio:
Gessnerium catenellum: (Dinoflagelados) es el que genera la marea roja algunas
especies, típicamente de color rojo, producen toxinas potentes,
Plasmodium falciparum: son los que causan una enfermedad parasita tropical,
conocida como malaria en muchas especies de aves y mamíferos. (Esporozoos) son
parasitos extracelulares o intracelulares de animales.
Euglena: células muy móviles, de vida libre
Leishmania : provocan leishmaniosis en humanos otro como Trypanosoma cruzi
provoca la enfermedad de Chagas-Mazza en países de América Latina
(Cinetoplástidos) la mayoría son parásitos pero los hay de vida libre que habitan
aguas dulces y saladas.
Algas pardas viven en zonas templadas o en costas rocosas de las regiones
más frías suelen ser muy grandes género Laminaria (hasta100m longitud). El
género Sargassum forma grandes marañas que se mantiene a flote gracias a
vejigas llena de gas (C02).
Algas rojas o rodofitas se encuentran en mares cálidos. De estos últimos se
obtiene el agar que se usa para cultivos de microorganismos
Algas verdes: Valonia, Spirogyra y Ulva (lechuga de mar). Chlamydomonas
spirogyra.
Mohos acuaticos: son saprofitos Phytophthora papa Plasmopara vitivinícola
vid
2-FUNGI (hongos y líquenes)
Los hongos están presentes en todos lados, abundan en el suelo o en
ambientes acuáticos. Los hongos son eucariotas heterótrofos que digieren el
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alimento de manera externa y absorben las pequeñas moléculas nutritivas
que resultan.
Muchos hongos descomponen (desintegran) organismos muertos. Estos
hongos que descomponen la materia orgánica son importantes porque
reciclan al ambiente nutrientes inorgánicos esenciales para el crecimiento
vegetal.
Algunos son parásitos y obtienen sus nutrientes de una planta u otro
organismo.
Las mayorías de los hongos incluyendo mohos y setas, son multicelulares.
Las levaduras son hongos unicelulares.
Tienen importancia económica: nos proveen alimentos, ya que intervienen
entre otras en la fabricación del pan (levaduras), el vino y quesos tales como
el queso azul o Roquefort, antibióticos (la penicilina, se aisló de un hongo:
Penicillium notatum) y por otro lado parasitan animales, granos, etc.
Produciendo perdidas millonarias.
Las asociaciones simbióticas entre especies particulares de hongos y las
raíces de las plantas vasculares, se conocen como micorrizas y ayudan a la
movilización rápida de nutrientes en el suelo.
Líquenes asociación simbiótica de algas verdes y hongos, son indicadores
sensibles de la contaminación del aire.
A continuación, a modo de ejemplo, te citamos algunos hongos más
familiares:
Rhizopus stolonifer: Moho negro del pan (Cigomicetos).
La roya del tallo negro (Ascomicetos) infecta granos de importancia agrícola y
es muy destructivo.
Agaricus bisporus: hongos comestibles conocidos como champiñones.
3-PLANTAS (Musgos, helechos, coníferas y planta con flor)
Todos los organismos de este reino tienen células eucariotas y son
pluricelulares. Sus células tienen pared celular constituida principalmente por
celulosa y su característica más sobresaliente es la presencia de cloroplastos,
organela que contiene un pigmento denominado clorofila, responsable de
captar la energía lumínica que le permite realizar el proceso de fotosíntesis
por el cual fabrica su alimento, son autótrofos.
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Dentro de las plantas hay dos grandes grupos las briofitas (sin un sistema de
transporte de sustancias) y las traqueofitas o plantas vasculares (que tienen
vasos de conducción para el transporte de sustancias, tienen además órganos
diferenciados: raíz, tallo y hojas).
Las traqueofitas a su vez se dividen en:
• Pteridofitas o helechos: sin flor y sin semilla, se reproducen por esporas.
• Espermatofitos: plantas que producen semillas. A su vez se clasifican en
gimnospermas cuando la semilla esta desnuda o en angiospermas cuando la
semilla se forma dentro de la flor y queda protegida por el fruto.
A continuación, te agregamos algunas otras características de los
componentes del reino Plantas:
a) Briofitas o musgos crecen en zonas cálidas y frías, en parajes húmedos y
sombreados y en ciénagas. El musgo de las turberas del genero Sphagnum
cubre el 1 % de la superficie de todo el mundo. Al igual que los líquenes, los
musgos son indicadores sensibles de la contaminación del aire. Se fijan por
rizoides.
b) Helechos (plantas sin semillas) viven en zonas húmedas, son típicos de los
trópicos, pero se encuentran en regiones templadas e incluso áridas; algunos
crecen sobre los arboles.
c) Coníferas con semilla descubierta. 1ncluyen pinos, abetos, alerces y
araucarias de la Argentina y Chile, así como las secuoyas gigantes de
California y Oregón.
d) Plantas con flor. Se organizan en dos grandes grupos: las
monocotiledoneas y las dicotiledóneas.
4-ANIMALES (invertebrados, vertebrados).
Los animales son todos eucariontes multicelulares (o pluricelulares), la célula
eucarionte, pudo diversificarse en un comienzo en un gran número de formas
unicelulares. Su éxito se debió a las propiedades únicas de las células
eucariontes, como la capacidad de transportar una gran cantidad de
información genética y transmitirla fielmente de generación en generación y la
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división de su citoplasma en compartimientos, lo cual permite la
especialización de diferentes partes de la célula en funciones específicas. La
mayoría son diploides y los gametos son los únicos representantes de la fase
haploide del ciclo biológico. Aunque la reproducción sexual es el patrón
común entre los animales, muchos tipos son capaces de reproducción
asexual.
Son organismos heterótrofos y su principal modo de nutrición es la ingestión.
Directa o indirectamente, dependen de los autótrofos fotosintéticos para
nutrirse. Típicamente digieren su alimento en una cavidad interna y
almacenan sus reservas energéticas en forma de glucógeno o grasas.
La primera división en el reino animales es entre invertebrados y vertebrados.
Invertebrados
Los invertebrados no poseen columna vertebral, sin embargo algunos
cuentan con un exoesqueleto formado por sustancias como la quitina que les
proporciona protección y sostén ayudándolos en su desplazamiento. En otros
casos este exoesqueleto puede ser de carbonato de calcio.
A continuación, a modo de ejemplo, te citamos algunos ejemplos de filum de
invertebrados:
Poríferos: Esponjas, durante la vida adulta son sésiles (están fijos al sustrato)
Cnidarios (Hidras, medusas, anemonas de mar y corales)
Platelmintos: gusanos planos (ej. Planarias, trematodos y tenias)
Equinodermos: Estrellas y erizos de mar.
Moluscos: (bivalvos, como las almejas, caracoles, babosas, calamar, pulpos)
algunas características derivadas son: un tegumento especializado, el manto,
que secreta carbonato de calcio; puede formar espículas o placas. Una
estructura bucal quitinosa, la rádula.
Anélidos: Cuerpo segmentado o sea la división del cuerpo en segmentos o
metámeros, similares a anillos son gusanos marinos, de agua dulce y
terrestres (lombriz de tierra) también hay formas parasitas (sanguijuelas,
ectoparásito de vertebrados terrestres). Hay tres grupos de anélidos: los
oligoquetos, los poliquetos y los hirudineos.
Artrópodos: son los organismos más abundantes en número de especies de la
Tierra. Las características más destacadas de los artrópodos son: esqueleto
externo o exoesqueleto; apéndices articulados; muda controlada por
hormonas los artrópodos se dividen en, arácnidos (escorpiones, arañas,
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garrapatas y ácaros), crustáceos (ej. copépodos), insectos (escarabajos,
polillas, mosquito mosca, hormigas, abejas) y miriápodos (cien pies y milpiés).
Nematodos: son gusanos cilíndricos no segmentados, cubiertos por una
cutícula gruesa y continua que mudan periódicamente a medida que crecen.
Los seres humanos hospedan unas 50 especies de nematodos parásitos, que
son una importante causa de muerte y discapacidad en todo el mundo. Los
más comunes son oxiuro (Enterobius), el tricuro (Trichuris), las lombrices
intestinales (Ascaris) y la triquina (Trichinella)que causa la triquinosis, que se
contrae al ingerir carne de cerdo cruda o mal cocida.
Vertebrados
El filo Chordata tiene cuatro características, que son: (1) un cordón nervioso
dorsal y hueco; (2) una notocorda , una estructura flexible y longitudinal
localizada entre el tracto digestivo y el cordón nervioso; (3) estructuras
branquiales (hendiduras y estructuras branquiales que las soportan) en la
faringe, la región del tubo digestivo justo detrás de la boca; y (4) una cola
postanal ( una cola posterior al ano).
Los vertebrados comprenden la mayor parte del filo Cordados; cuya
característica distintiva es que tiene un cráneo y una columna vertebral. Todos
los demás animales, incluyendo dos grupos de cordados, (tunicados y
anfioxos), carecen de columna vertebral y se llaman invertebrados.
Los vertebrados tienen el cuerpo diferenciado en tres regiones: cabeza, tronco
y cola. Poseen un esqueleto interno (endoesqueleto) dentro del cual se
encuentra la columna vertebral y el cráneo, aunque algunos como la tortuga y
la mulita, tienen además un esqueleto externo (exoesqueleto. Otra
característica importante es que la medula espinal se encuentra protegida
dentro de la columna vertebral.
Dentro de los vertebrados, se diferencian numerosas clases, entre las cuales
se destacan:
Clase Peces: son vertebrados con mandíbulas unidas, branquias que extraen
el oxígeno del agua y aletas delanteras y traseras pareadas, que les ayudan a
controlar el cuerpo al nadar. Son animales de sangre fría (poiquilotermos),
esto es, que no regulan internamente su temperatura y esta depende de la del
agua.
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Existen dos grupos principales de peces: la clase Chondrichthyes, los peces
cartilaginosos (tiburón y mantarraya), y la clase Osteicthyes, los peces óseos,
un grupo que incluye la trucha común y la carpa dorada.
En los peces óseos a cada lado de la cabeza, un ala protectora llamada
opérculo, cubre una cámara que alberga las branquias. Estos peces también
cuentan con un órgano especializado que les ayuda a flotar, la vejiga
natatoria, un saco lleno de gas.
Clase Anfibios: son tetrápodos, es decir tienen cuatro extremidades, habitan
en zonas húmedas por lo que la mayoría muestran una mezcla de
adaptaciones acuáticas y terrestres. Pudiendo respirar por pulmones cuando
están en tierra o a través de la piel cuando son adultos y están en el agua.
Existen tres grupos: 1) los anuros, ranas y sapos, que carecen de cola
después de la metamorfosis 2) las salamandras, que conservan la cola
durante todo su ciclo vital y 3) los apodos que carecen de miembros y tienen
vida subterránea.
Clase Reptiles: al igual que los anfibios son tetrápodos de sangre fría.
1ncluyen a serpientes, lagartos, tortugas, cocodrilos y caimanes. Los reptiles
tienen varias adaptaciones para la vida terrestre: La piel de los reptiles,
cubierta de escamas hace que el cuerpo no se seque. Ponen huevos
amnióticos a prueba de desecación (es un huevo con cascaron, en el cual se
desarrolla un embrión dentro de un saco amniótico lleno de liquido y es
nutrido por el vitelo).
Clase Aves: las aves tienen más similitudes que diferencias con los reptiles.
Las aves son reptiles especializados en el vuelo. Sus cuerpos recubiertos de
plumas, contienen sacos aéreos y sus huesos son huecos. El hueso más
compacto del esqueleto de las aves es la quilla o esternón, en la que se
insertan los músculos que mueven las alas. Las aves voladoras son muy
livianas; el sistema reproductor de las hembras se ha reducido a un solo
ovario y este se hace bastante grande como para ser funcional solo en la
época de apareamiento. Las plumas de las aves es una característica
morfológica notable. Estos animales son endotérmicos, mantienen una
temperatura corporal elevada y constante gracias a la alta tasa metabólica y a
la excelente aislación térmica que proveen las plumas. Las aves también
tienen escamas en las patas.
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Clase Mamíferos: los mamíferos también evolucionaron de los reptiles. Entre
las características derivadas de los mamíferos pueden mencionarse:
El pelo, todos lo poseen, aun los acuáticos.
Una alta temperatura corporal que se mantiene mediante la generación de
calor metabólicamente (endotérmia).
Reproducción vivípara y fecundación interna.
Respiración siempre pulmonar y un sistema circulatorio con circulación doble
y cerrada.
Una articulación mandibular entre el único hueso dentario de la mandíbula
inferior y el hueso escamoso de la superior.
Heterodoncia - dientes altamente diferenciados en distintas partes de la boca.
Provisión de leche a la progenie por glándulas especializadas (glándulas
mamarias).
Desde el punto de vista ecológico los integrantes de este reino ocupan el nivel
de consumidores, que pueden ser subdivididos en herbívoros (consumidores
de plantas) y carnívoros (consumidores de otros animales). Los seres
humanos al igual que algunos otros organismos, somos omnívoros (capaces
de alimentarnos con alimentos de distinto origen).
Existen tres grupos principales de mamíferos:
1) Los monotremas: mamíferos que ponen huevos (el ornitorrinco).
2) Los marsupiales: llamados mamíferos con bolsa, tiene una breve gestación
y dan a luz una descendencia embrionaria pequeña que completa su
desarrollo mientras está unida a los pezones en el abdomen de su madre.
(Canguro, comadreja).
3) Los euterianos o placentados: los embriones se nutren dentro de la madre
mediante un órgano llamado placenta que consiste en tejido tanto embrionario
como materno, la placenta une el embrión con la madre dentro del útero. El
embrión se nutre por la sangre materna que fluye cerca del sistema
sanguíneo embrionario en la placenta.
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Actividades de Autoevaluación
Después de haber leído este material, te invitamos a que
aceptes el reto de autoevaluarte y resuelvas el
cuestionario que se encuentra en el aula virtual
¡Éxitos!