GUÍA METODÓLOGICA DE BIOLOGÍA -...

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PRESENTACIÓN

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Vicerrectoría de Docencia

DIRECCION GENERAL DE EDUCACION MEDIA SUPERIOR

MODELO UNIVERSITARIO MINERVA

PLAN 06

Academia General de Biología

GGUUÍÍAA MMEETTOODDÓÓLLOOGGIICCAA DDEE BBIIOOLLOOGGÍÍAA

NIVEL EN QUE SE IMPARTE: SEGUNDO AÑO

CICLO ESCOLAR

2010 – 2011

FECHA: JULIO 2010

AUTORES:

Profa. Ma Dolores Ramos Vera

Prof. Pascual Vicente Muñoz

Profa. Mónica Muñoz Lobato

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PRESENTACIÓN

El trabajo que a continuación se presenta es producto de la conjunción entre los objetivos

trabajados en ciclos anteriores con el modelo constructivista del conocimiento dentro del

Modelo Universitario Minerva de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla y el

enfoque en el desarrollo de competencias de acuerdo a la Reforma Integral de la

Educación Media Superior (RIEMS), integrando la Asignatura de Biología al Marco

Curricular Común (MCC) que permitirá dar en un futuro la flexibilidad y el enriquecimiento

del currículo del bachillerato.

Los bloques que se presentan son los siguientes en esta primera parte del Programa

son:

BLOQUE 1. LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

BLOQUE 2. LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA

BLOQUE 3. CÉLULA, UNIDAD DE LA VIDA

BLOQUE 4. HERENCIA Y VARIACIÓN

En cada bloque se especifican las competencias genéricas y sus atributos,

posteriormente se presentan las tablas de objetivos específicos; conocimientos previos,

declarativos, procedimentales y actitudinales/valorales, así como los contenidos

específicos, mapas conceptuales, los criterios de evaluación de acuerdo al Programa de

Estudios de la Asignatura, orientaciones didáctico -pedagógicas y la bibliografía, vínculos a

sitios web de interés (TIC’s y TAC’s) y material audiovisual para desarrollar las actividades.

En la unidad 1, La Biología como ciencia, te hablará del conocimiento de la

Biología como una construcción social a través de la conceptualización de los paradigmas

biológicos, procesos de construcción del conocimiento científico en la ciencia biológica. Se

abordará a la Biología dentro del contexto de otras ciencias, su objeto de estudio, su

importancia en la solución de problemas del entorno social además de la organización de

los seres vivos desde el nivel microscópico al macroscópico.

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En la unidad 2, Las moléculas de la vida, los estudiantes valorarán la importancia y

trascendencia del agua como molécula fundamental de la vida, situando a los

bioelementos que dan estructura a las biomoléculas y su relación como soporte

bioquímico fundamental en el metabolismo celular. Analizarán la relación e importancia

de los bioelementos y biomoléculas con la nutrición modificando sus hábitos alimenticios

para una mejora de la calidad de vida. Finalmente, analizará la estructura de la molécula

maestra de la vida, el ADN, reflexionando cómo los seres vivos almacenan y trasmiten la

información genética.

En la unidad 3, Célula, unidad de la vida, los estudiantes fundamentarán los

postulados de la Teoría Celular como base del estudio de la célula y establecerán

diferencias y semejanzas entre procariontes y eucariontes, relacionando los componentes

celulares a través de sus respectivas funciones. Globalmente, analizarán y reflexionarán

acerca de los procesos metabólicos celulares y la importancia del ciclo celular en el

proceso de la continuidad de la vida a través del proceso de la división celular.

En la unidad 4, Herencia y la variación, se reflexionará, a través del desarrollo

histórico de la Genética, cómo desde la prehistoria el hombre ha realizado selección

genética en forma empírica hasta llegar a su propia conceptualización con respecto a las

leyes de Mendel, que sirvieron como base para el desarrollo, investigación y aplicación

actual de la Genética.

Se analizarán los distintos conceptos relativos a la Genética para comprender cómo

funcionan los distintos patrones hereditarios tanto mendelianos como no mendelianos;

así como los mecanismos que producen variación en las poblaciones, adaptaciones al

ambiente y la consecuente evolución biológica tales como: la herencia, las mutaciones, la

recombinación genética y el medio ambiente. Del mismo modo, se estudiarán los

diferentes tipos y a qué nivel se dan las mutaciones y sus repercusiones en el ser humano.

Se fomentará una postura crítica y ética acerca de los impactos de algunos avances

biotecnológicos en la producción de alimentos, la salud y el ambiente.

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JUSTIFICACIÓN

El Nivel Medio Superior de La Benemérita Universidad Autónoma de Puebla se encuentra

en una nueva etapa de su desarrollo que le exige reorientar su quehacer académico y

fortalecer su interrelación con la sociedad. Por ello, como guía para su quehacer se

propone un modelo educativo y académico congruente con la función social de una

universidad pública que se oriente a la formación integral, humanista y se centre en el

aprender a aprender, basándose en la teoría constructivista socioparticipativa, paradigma

que ha dado respuesta a las necesidades educativas actuales. Como toda institución

educativa, se encuentra inmersa en una sociedad cambiante por lo que mantiene

actualizados y competitivos los planes y programas educativos en el Nivel Medio Superior,

creando, recreando, aplicando y difundiendo el conocimiento de las ciencias y los saberes

cotidianos para beneficio de nuestro país

El programa de Biología se enmarca en el Modelo Académico y Educativo Minerva,

con un enfoque metodológico constructivista socio-cultural, que promueva en los

estudiantes la responsabilidad de su aprendizaje, generando conocimientos que impacten

en el desarrollo social contribuyendo al avance de la cultura, la ciencia y la tecnología.

Los propósitos generales de este enfoque son:

• Contribuir a la formación del alumno mediante la adquisición de conocimientos y

principios propios de la disciplina, así como favorecer el desarrollo de habilidades,

actitudes y valores que le permitan enfrentar con éxito los problemas relativos al

aprendizaje de nuevos conocimientos en el campo de la Biología

• Se busca enfatizar las relaciones científico–tecnológicas para que pueda desarrollar

una ética que contribuya a establecer una relación armónica entre la sociedad y el

ambiente.

• Tomar en cuenta los referentes contextuales del alumno con la finalidad de formarlos

con un perfil critico, analítico y propositivo hacia los problemas socioculturales de su

entorno y que además le sirvan para obtener el bagaje de conocimientos del área que

los vincule hacia la educación superior.

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• Apliquen de manera responsable sus conocimientos a situaciones de la vida diaria

Considerando lo anterior el Área de Ciencias Naturales del Bachillerato

Universitario, plantea trabajar esta ciencia desde una perspectiva amplia y con una visión

constructivista sociocultural, que permita al alumno comprender los fenómenos naturales

vinculados con su realidad inmediata.

Dicha perspectiva implica fortalecer el pensamiento racional en el educando, la

adquisición de habilidades de percepción no sólo para el estudio de la disciplina, también

para integrarlas a sus hábitos de estudio y actividades cotidianas que le permita un mejor

desarrollo metacognitivo.

La asignatura de Biología, por su carácter experimental, no puede ser concebida sin

la aplicación de actividades experimentales de sus contenidos, a fin de propiciar la

formación integral del alumno. Por lo que se deben generar ambientes de aprendizaje

donde se puedan desarrollar un conjunto de competencias que integran conocimientos,

habilidades y actitudes. Dicho de otra manera, estas competencias formulan las

cualidades individuales, de carácter ético, académico, y social que debe reunir el alumno.

El diseño de las estrategias de enseñanza, aprendizaje y didácticas, en la medida de

lo posible, debe coincidir con los fundamentos psicopedagógicos del plan de estudios y la

concepción de aprendizaje.

Por todo esto se han seleccionado los siguientes materiales de apoyo que

conforman la presente guía metodológica. Se han incorporado estrategias bajo un

enfoque en competencias que permitirán la movilización de los conocimientos,

habilidades, actitudes y valores en un contexto específico, todo ello contribuirá a alcanzar

los objetivos de calidad y pertinencia del bachillerato.

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PROGRAMA EDUCATIVO (PE): NIVEL MEDIO SUPERIOR

ASIGNATURA: BIOLOGÍA

CÓDIGO: PROG 0015

NIVEL: MEDIO SUPERIOR

CRÉDITOS: 10

UNIDAD ACADÉMICA: NIVEL MEDIO SUPERIOR

PROGRAMA EDUCATIVO: PLAN 06

MODALIDAD EDUCATIVA: ESCOLARIZADA

NIVEL EDUCATIVO: BACHILLERATO

CÓDIGO: 0015

NOMBRE DE LA ASIGNATURA: BIOLOGÍA

UBICACIÓN EN EL MAPA CURRICULAR: SEGUNDO AÑO

CORRELACIÓN: La relación vertical que tiene este programa con respecto a su

ubicación en el mapa curricular es con “Química”, “Psicología y Desarrollo Humano” en

primer año; “Física” y materias propedéuticas como “Educación Ambiental y para la

Salud”, “Temas Selectos de Biología” y “Bioquímica” en tercer año; y una relación

horizontal con “Matemáticas”, “Cultura Física” e “Informática” en segundo año

ASIGNATURAS PRECEDENTES: Química, Psicología y Desarrollo Humano

ASIGNATURAS CONSECUENTES: Física, Educación Ambiental y Salud, Temas

Selectos de Biología y Bioquímica.

CARGA HORARIA DEL ESTUDIANTE

TEORÍA PRÁCTICA ESTUDIO

INDEPENDIENTE TOTAL

HORAS CRÉDITOS HORAS CRÉDITOS HORAS CRÉDITOS HORAS CRÉDITOS

4 2 6 10

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OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:

EDUCACIONAL GENERAL ESPECÍFICOS

Formar estudiantes con

una visión científica,

propedéutica, crítica,

humana y social sobre

el área.

Analizar y reflexionar sobre los

conceptos y principios biológicos

sustentados en el respeto hacia

la naturaleza del ser vivo y su

entorno, construyendo el

conocimiento sobre su estructura

y función para generar mejores

explicaciones acerca de los

fenómenos biológicos de los

seres vivos de manera crítica,

reflexiva y creativa, que permitan

promover aprendizajes

significativos de manera que

puedan ser aplicados en la

solución de problemas de la vida

cotidiana.

Bloque I: Valora que la Biología es una ciencia construida desde lo social, a través de diversos paradigmas, haciendo énfasis

en el estudio de los seres vivos, sus relaciones entre ellos y con el medio que los rodea, contrastando el carácter intra e

interdisciplinario de la Biología para la preservación de la salud y del medio ambiente.

Bloque II: Analiza y compara la estructura y función de los bioelementos y biomoléculas en los seres vivos y examina la

clasificación de las diferentes biomoléculas para identificarlas en los alimentos que conforman su dieta cotidiana

fomentando una actitud crítica frente a los alimentos procesados y dietéticos y reflexiona acerca de como los seres vivos

almacenan y trasmiten la información genética.

Bloque III: Fundamenta los postulados de la Teoría Celular como base del estudio de la célula y establece diferencias y

semejanzas entre procariontes y eucariontes e interrelaciona los componentes celulares a través de sus respectivas

funciones para reflexionar la importancia estructural y funcional de la célula en los seres vivos como parte integral de los

procesos metabólicos celulares.

Bloque IV: Conceptualiza los fundamentos que permiten delinear las bases genéticas de la herencia y documenta su

desarrollo histórico, así como su impacto en la vida actual, valorando la trascendencia del proyecto genoma humano y su

alcance en las aplicaciones de la biotecnología.

Bloque V: Analiza y contrasta los antecedentes y las principales teorías sobre el origen y evolución de los sistemas vivos,

dando origen a la radiación adaptativa y que conllevó a la biodiversidad del planeta, comparando y relacionando las

distintas pruebas de la biogénesis y de la evolución, para reflexionar acerca de nuestra postura e influencia en el proceso

evolutivo de las especies.

Bloque VI: Analiza a los virus y clasifica a los seres vivos de acuerdo a sus características e importancia para el hombre y la

naturaleza, utilizando el sistema de clasificación actual de los organismos así como la aplicación de las reglas de

nomenclatura binomial de Linneo para valorar su importancia económica, médica y biológica.

Bloque VII: Diferencia los conceptos básicos de la ecología y los analiza con los factores de los ecosistemas, relacionándolos

con el flujo de la materia y la energía y argumentando que las adaptaciones de los seres vivos dependen de su ambiente,

para fundamentar la importancia del uso sustentable con el desarrollo de una actitud de respeto hacia la naturaleza.

Bloque VIII: Diferencia los órganos que componen a cada sistema del cuerpo humano y especifica su función de manera

general, relacionándolos entre sí para reflexionar de manera crítica e informada sobre la importancia de la higiene y salud

para una buena calidad de vida.

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BLOQUE I. LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA.

BLOQUE I OBJETIVO

ESPECÍFICO

CONOCIMIENTOS (Contribución al perfil del egresado)

CONTENIDO TEMÁTICO PREVIOS DECLARATIVOS PROCEDIMENTALES

ACTITUDINALES /VALORALES

LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA

Valora que la Biología es una ciencia construida desde lo social, a través de diversos paradigmas, haciendo énfasis en el estudio de los seres vivos, sus relaciones entre ellos y con el medio que los rodea, contrastando el carácter intra e interdisciplinario de la Biología para la preservación de la salud y del medio ambiente.

Concepto general de ciencia.

Historia general del Naturalismo.

Metodología Científica.

Partículas, átomo, molécula, compuestos, célula, órganos, tejidos y sistemas.

Conceptúa a la Biología como resultado de una Construcción social.

Analiza e interrrelaciona los cuatro Paradigmas que dan el carácter de cientificidad a la Biología.

Integra las características distintivas de los seres vivos y las ejemplifica.

Fundamenta el campo de acción de la Biología y sus principales ramas.

Aplica criterios científicos para interpretar los fenómenos que involucran a los seres vivos y los ejemplifica a través de los pasos del método científico utilizado en la Biología.

Analiza la relación que guarda la Biología con la Tecnología y la Sociedad.

Diferencia y ejemplifica los niveles de organización de la materia viva: químico, celular, tisular, orgánico, individual y ecológico.

Debate sobre las aportaciones y aplicaciones de la Biología y sus ramas en la vida cotidiana.

Aplica los lineamientos básicos para elaborar un proyecto de investigación a partir de un problema empleando el método científico para su entendimiento.

Esquematiza los diferentes niveles de organización de la materia viva y los relaciona con el campo de estudio de las ramas de la Biología, mediante la elaboración de un collage

Valora el impacto de los avances de la Biología en la Sociedad actual

Fomenta la tolerancia y disponibilidad en el trabajo colaborativo durante la realización de proyectos

Reflexiona de manera informada y crítica las implicaciones de la investigación científica en los diferentes ámbitos social, familiar y personal

Respeta y valora la vida y sus manifestaciones y se asume integralmente como parte de ella.

Reflexiona críticamente sobre los aspectos éticos del uso de las nuevas tecnologías aplicadas a la Biología, salud y en la preservación del medio ambiente

¿Qué relación tiene la Biología con el desarrollo social?

• La Biología dentro del contexto de otras ciencias y su objeto de estudio.

¿Cuáles son los paradigmas en los que se basa la Biología?

¿Cuál es el objeto de estudio de la Biología?

¿Cuál es la importancia de la Biología en la solución de problemas del entorno social?

• Biología, tecnología y sociedad.

• Las características de la ciencia: método científico

¿Cuáles son las características de los niveles de organización de la materia?

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BLOQUE II. LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA

BLOQUE II OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO PREVIOS DECLARATIVOS PROCEDIMENTALES

ACTITUDINALES /VALORALES

LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA

Analiza y compara la estructura y función de los bioelementos y biomoléculas en los seres vivos y examina la clasificación de las diferentes biomoléculas para identificarlas en los alimentos que conforman su dieta cotidiana fomentando una actitud crítica frente a los alimentos procesados y dietéticos y reflexiona acerca de como los seres vivos almacenan y trasmiten la información genética.

Conocimiento sobre átomo, molécula, elemento, compuesto, enlaces iónico y covalente; grupos funcionales Comprensión sobre sustancias orgánicas e inorgánicas. Conocimiento de las diferentes biomoléculas.

Diferencia entre los conceptos de bioelemento y biomolécula. Investiga los bioelementos y su importancia. Cataloga al agua como una molécula bioinorgánica esencial para la vida Investiga la estructura y función de las biomoléculas y su importancia como nutrientes y componentes estructurales de los seres vivos. Conceptúa al Dogma Central de la Biología como un proceso universal en los seres vivos donde a partir del ADN se codifica para la producción de proteínas.

Esquematiza la formación de puentes de hidrógeno en la molécula del agua para conceptuar sus propiedades físicas. Demuestra experimentalmente la presencia de biomoléculas en diferentes alimentos y con base a ello elabore una dieta balanceada para que la aplique a su vida diaria.

Valora la importancia de desarrollar hábitos alimenticios saludables y para la prevención de enfermedades

¿Cuáles son los bioelementos necesarios para la vida? ¿Cuál es la importancia de las biomoléculas inorgánicas? agua sales minerales ¿Cuáles son las biomoléculas orgánicas?

• Monómeros y Polímeros

• Carbohidratos

• Lípidos

• Vitaminas

• Proteínas

• Aminoácidos

• Enzimas

• ácidos nucleícos. ¿El Dogma Central de la Biología es Universal?

• Duplicación

• Transcripción

• Traducción

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BLOQUE III. CÉLULA UNIDAD DE LA VIDA

BLOQUE III OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO

PREVIOS DECLARATIVOS PROCEDIMENTALES ACTITUDINALES

/VALORALES

CÉLULA UNIDAD DE LA VIDA

Fundamenta los postulados de la Teoría Celular como base del estudio de la célula y establece diferencias y semejanzas entre procariontes y eucariontes e interrelaciona los componentes celulares a través de sus respectivas funciones para reflexionar la importancia estructural y funcional de la célula en los seres vivos como parte integral de los procesos metabólicos celulares.

Conceptos básicos sobre:

Grupos funcionales de Química Orgánica,

Bioelementos y biomoléculas inorgánicas y Orgánicas,

Tipos de enlace químicos, y de soluciones.

Analizar y fundamentar la importancia del ciclo celular en el proceso de la continuidad de la vida, tanto en los organismos unicelulares como pluricelulares, así como la importante participación de los cromosomas en el proceso de mitosis y meiosis.

Integrar y analizar la importancia de la historia y el origen de la célula

Analizar y contrastar las diferencias y semejanzas de la organización entre células procariontes y eucariontes.

Analizar la organización estructural y funcional de la célula en los seres vivos como parte integral de los procesos biológicos.

Fundamentar los procesos metabólicos celulares y estructurales como unidad básica en la diversidad de los seres vivos.

Analizar y valorar la importancia de la estructura y metabolismo celular de los tejidos, órganos y sistemas del cuerpo humano, aspectos fundamentales de unidad y diversidad de la vida.

.

Fundamentar el contexto histórico con respecto al origen de la célula que conllevó al establecimiento de la Teoría Celular

Compara la organización celular procarionte con la eucarionte, así como la vegetal con la animal.

Interrelaciona y esquematiza integralmente los organelos y estructuras celulares a través de sus respectivas funciones. Analiza la importancia del ciclo celular en el proceso de crecimiento y continuidad de la vida.

Valora la adquisición de una vida saludable a través del buen funcionamiento del cuerpo desde el nivel celular hasta el pluricelular.

¿Cuáles hechos históricos condujeron al planteamiento de la Teoría celular? ¿Qué diferencia hay entre célula procarionte y eucarionte? ¿Cómo está estructurada y cómo funciona una célula?

• Membrana celular

• Retículo endoplásmico

• Complejo de Golgi

• Lisosomas

• Vacuolas

• Cloroplastos

• Mitocondrias

• Ribosomas

• Citoplasma

• Citoesqueleto

• Centriolo

• Núcleo ¿Cómo se reproducen las células?

• Ciclo celular

• División celular: mitosis y meiosis

¿Cómo se pasa de una célula a la pluricelularidad? ¿Cómo es la relación tejido – órgano – sistema?

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BLOQUE IV. HERENCIA Y VARIACIÓN

BLOQUE IV OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO


/VALORALES

HERENCIA

Y VARIACIÓN

Conceptualiza los fundamentos que permiten delinear las bases genéticas de la herencia y documenta su desarrollo histórico, así como su impacto en la vida actual, valorando la trascendencia del proyecto genoma humano y su alcance en las aplicaciones de la biotecnología.

Comprensión de biomoléculas (ácidos nucleícos), estructura y función celular (mitosis y meiosis).

Delinea los hechos históricos que condujeron al estudio de la Genética Establece las diferencias y similitudes de algunos conceptos de la Genética. Analiza las leyes de la genética mendeliana para comprender el mecanismo de la herencia. Compara los patrones hereditarios mendelianos y no mendelianos Analiza las mutaciones como mecanismos de variabilidad genética.

Ejemplifica las aplicaciones más importantes de la Genética.

Investiga el desarrollo histórico del campo de la Genética Aplica los conceptos de la genética en las leyes de la herencia para la resolución de problemas de genética. Ejemplifica los distintos patrones hereditarios para identificarlos en los seres vivos haciendo énfasis en el humano Compara los rasgos de sus compañeros para diferenciar entre fenotipo y genotipo. Categoriza las mutaciones como mecanismos que producen enfermedades hereditarias y las detecta mediante el empleo de cariotipos. Investiga el impacto de las aplicaciones de la Genética sobre algunas actividades humanas.

Fomenta el respeto y tolerancia hacia personas con enfermedades hereditarias y/o con rasgos físicos diferentes

Valora el respecto a la decisión de los padres a tener o no un hijo con alguna enfermedad hereditaria.

Critica de forma informada las aplicaciones actuales de la Genética que permita la toma de decisiones apegadas a la Bioética.

¿Cuáles hechos históricos condujeron al desarrollo de la genética?

• Ideas premendelianas

• El experimento y las Leyes de Mendel ¿Qué diferencia y similitudes encontramos en los conceptos de Genética?: Genotipo, Fenotipo, Alelo, Gen, Cromosoma, Locus ¿En qué consisten las leyes establecidas por Mendel sobre la herencia?

¿Qué diferencia hay entre los patrones hereditarios mendelianos y los no mendelianos?

• Herencia mendeliana:

• herencia autosómica dominante y recesiva, determinación del sexo

• Herencia no mendeliana:

• herencia ligada al sexo, herencia multifactorial, alelos múltiples, codominancia, herencia intermedia, poligenia

¿Qué es una mutación?

• Génicas o puntuales

• Cromosómicas

• Genómicas ¿Cuáles son las aplicaciones más importantes de la Genética?:

• Consejo genético

• Proyecto Genoma Humano

• Consejo genético

• Clonación,

• Células madre

• Implicaciones bioéticas en la genética

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BLOQUE V. EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

BLOQUE V OBJETIVO

ESPECÍFICO

CONOCIMIENTOS (Contribución al perfil del egresado) CONTENIDO TEMÁTICO


/VALORALES

EVOLUCIÓN DE LOS SERES VIVOS

Analiza y contrasta los antecedentes y las principales teorías sobre el origen y evolución de los sistemas vivos, dando origen a la radiación adaptativa y que conllevó a la biodiversidad del planeta, comparando y relacionando las distintas pruebas de la biogénesis y de la evolución, para reflexionar acerca de nuestra postura e influencia en el proceso evolutivo de las especies.

El alumno debe tener presente el concepto de célula, y el desarrollo de la genética y la variación, y estar familiarizado con la biodiversidad, para establecer las relaciones entre los organismos, conocimiento de la ecología y los niveles de organización.

Comprueba que la evolución es un mecanismo inherente a los seres vivos.

Documenta las diferentes teorías acerca del origen de la vida, la evolución celular y la selección natural como procesos evolutivos en los seres vivos.

Determina el impacto de los factores externos en la evolución y su relación con la naturaleza actual.

Comprueba que las características y adaptaciones de los seres vivos son pruebas indirectas del proceso evolutivo.

Compara la viabilidad de las diferentes teorías sobre la evolución apoyándose en sus pruebas a través de un de un mapa conceptual.

Analiza el pensamiento darwiniano y establecer diferencias por medio de un cuadro de Venn entre las ideas previas y posteriores a éste.

Documenta las causas que determinan la evolución de las especies y examinar las pruebas que la sustentan a través de un trabajo de investigación documental.

Fomenta el respeto por el medio ambiente, teniendo en cuenta su importancia en la historia filogenética de las especies. Genera una actitud crítica y analítica ante las diferentes teorías evolucionistas. Reflexiona en torno a nuestra postura e influencia en el proceso evolutivo de las especies.

¿Qué es la evolución biológica? ¿Cómo se originó la vida?

• Principales Teorías sobre el origen de los Sistemas Vivos

• Teorías sobre evolución celular

¿Cómo explica la Evolución la diversidad de los Seres Vivos en el planeta?

• Antecedentes y desarrollo de la Teoría de la Evolución.

• Variación y adaptación

• Evidencias de la evolución

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BLOQUE VI. LA DIVERSIDAD DE LA VIDA

BLOQUE VI OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO


/VALORALES

LA DIVERSIDAD DE LA VIDA

Analiza a los virus y clasifica a los seres vivos de acuerdo a sus características e importancia para el hombre y la naturaleza, utilizando el sistema de clasificación actual de los organismos así como la aplicación de las reglas de nomenclatura binomial de Linneo para valorar su importancia económica, médica y biológica.

Sobre variabilidad genética

Sobre variabilidad y adaptación evolutiva

Sobre el concepto especie

Conceptúa la taxonomía, su estudio y aplicación para los seres vivos a través de lecturas sugeridas.

Desglosa las características particulares de los seis reinos, su clasificación, utilizando ejemplos de algunos organismos.

Aplica criterios taxonómicos para identificar y clasificar a los seres vivos utilizando correctamente las reglas de la nomenclatura binominal de Linneo.

Utiliza el nombre científico en estudios de campo.

Esquematiza las características de los eres vivos a través de un cuadro de doble entrada

Respeta a las diversas especies de su entorno como parte integral de la naturaleza.

Fomenta la conservación de la flora y fauna de su región. Valora la importancia económica, médica y social de los seres vivos.

¿Cómo se clasifican a los organismos?

• Primeras clasificaciones

• Nomenclatura binomial de Linneo

• Niveles taxonómicos

• Uso de nombre científico

• Reglas de nomenclatura binomial

Virus, ¿Vivo o no vivo?

¿Cuál es el sistema actual de clasificación de los seres vivos?

• Propuesta de 3 dominios – 6 reinos

• Dominio Archaea: reino Archaeabacteria

• Domino Bacteria: reino Eubacteria

• Dominio Eukarya: reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia

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BLOQUE VII. LA RELACION DE LOS SERES VIVOS CON SU M EDIO AMBIENTE

BLOQUE VII OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO


/VALORALES

LA RELACION DE LOS SERES VIVOS CON SU MEDIO AMBIENTE

Diferencia los conceptos básicos de la ecología y los analiza con los factores de los ecosistemas, relacionándolos con el flujo de la materia y la energía y argumentando que las adaptaciones de los seres vivos dependen de su ambiente, para fundamentar la importancia del uso sustentable con el desarrollo de una actitud de respeto hacia la naturaleza.

Investigará y definirá conceptos sobre ecología.

Buscará las características de los factores abióticos y bióticos de los ecosistemas.

Analizará los ciclos biogeoquímicos en la naturaleza.

Fundamenta que la ecología es el estudio de las relaciones de los organismos con su ambiente.

Analiza el objeto de estudio de la Ecología, su desarrollo histórico, y su carácter interdisciplinario, así como su ubicación dentro de los niveles de organización (especie, población, comunidad, ecosistema, bioma y biosfera).

Analiza la estructura y funcionamiento de los ecosistemas haciendo énfasis en el papel de la materia y la energía en la determinación de las relaciones entre sus componentes.

Esquematiza los ciclos biogeoquímicos (del agua, nitrógeno, carbono, azufre y fósforo).

Analiza y relacionar conceptos básicos de ecología como son hábitat, nicho, niveles tróficos, cadenas, redes y pirámides alimenticias, destacando la manera en que se integran dentro del ecosistema.

Distingue los diferentes tipos de ecosistemas, sus recursos e importancia haciendo énfasis en los mexicanos y vincularlos con los problemas ambientales de nuestro país, analizando sus causas, necesidad de estudio y conocimiento para su adecuado aprovechamiento y cuidado mediante una actitud responsable y respetuosa.

Realiza visitas de campo a jardines botánicos, museos o áreas naturales. Organiza grupos y mesas redondas para debatir sobre las causas y consecuencias del deterioro ambiental y las alternativas para el manejo responsable de la biosfera. Investiga en periódicos y otras fuentes noticias sobre problemas ambientales para identificar sus causas y proponer soluciones a través de un debate. Realiza actividades experimentales para observar la influencia de los factores ambientales en los ecosistemas.

Fundamenta la importancia del uso sustentable desarrollando una actitud de respeto hacia el ambiente. Elige un problema ambiental, sus causas, repercusiones y soluciones proponiendo soluciones y retomando valores y conciencia por el medio ambiente.

¿Cómo se relaciona la biodiversidad con el medio ambiente?

• Concepto de ecología

• La Ecología dentro de los niveles de organización de la naturaleza

• Factores Bióticos y Abióticos

• Adaptaciones al ambiente

• Flujo de materia y energía

• Ciclos biogeoquímicos ¿Cuál es la estructura de los ecosistemas?

• Características dinámicas de la población

• Hábitat y nicho ecológico

• Potencial biótico y resistencia ambiental

• Relaciones intra e interespecíficas

• Estratificación de las comunidades

• Densidad y diversidad en las comunidades

• Sucesión ecológica ¿Cuáles son las grandes divisiones de la biosfera?

• Biomas terrestres

• Ecosistemas acuáticos

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UNIDAD VIII ANATOMÍA HUMANA

BLOQUE VIII OBJETIVO

ESPECÍFICO


CONTENIDO TEMÁTICO


/VALORALES

ANATOMIA HUMANA

Diferencia los órganos que componen a cada sistema del cuerpo humano y especifica su función de manera general, relacionándolos entre sí para reflexionar de manera crítica e informada sobre la importancia de la higiene y salud para una buena calidad de vida.

Niveles de organización

Bioelementos y biomoléculas

Célula

División celular

Higiene y enfermedades

Documenta los cuatro tejidos fundamentales que conforman el cuerpo humano

Investiga la anatomía de los diferentes sistemas en diversas fuentes bibliográficas.

Identifica y define cada uno de los órganos que conforman los diferentes sistemas del humano.

Relaciona el órgano con su función.

Integra la información de los tejidos en la anatomía de los órganos del cuerpo

Elabora modelos anatómicos para identificar los órganos de cada sistema.

Interrelaciona los órganos con su función a través de un mapa conceptual.

Esquematiza en un cuadro de doble entrada el sistema, la estructura y la función de cada órgano

Demuestra una actitud ética y de respeto hacia si mismo.

Reflexiona de manera crítica e informada de la importancia de la higiene y salud de sus sistemas para tener una buena calidad de vida.

Promueve y difunde por medio de periódicos murales, conferencias, trípticos la importancia del cuidado de la salud.

¿Cuáles son los tejidos que conforman a los órganos?

• Epitelial

• Muscular

• Conectivo

• Nervioso

¿Cuáles son los sistemas que conforman al cuerpo humano? ¿Que órganos forman parte de cada uno de ellos y cuál es su función?

• Tegumentario

• Esquelético

• Muscular

• Digestivo

• Circulatorio

• Linfático

• Respiratorio

• Excretor

• Nervioso

• Sentidos

• Endocrino

• Reproductor

Guía Metodológica de Biología

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CRITERIOS DE EVALUACIÓN

Para una mejor evaluación de los procesos Aprendizaje – Enseñanza tomar en cuenta los diferentes tipos de evaluación.

DIAGNÓSTICA: Se realiza antes de cualquier ciclo o proceso educativo Permite planificar. Con la finalidad de obtener información valiosa respecto a valorar las características de ingreso de los alumnos las( concepciones previas, expectativas, motivaciones previas, competencia cognitiva en general , los hábitos de trabajo y las actitudes del estudiante al inicio de un proceso de enseñanza-aprendizaje, con el propósito de realizar ajustes en la organización y secuencia de las experiencias de aprendizaje –enseñanza.

FORMATIVA: Informa del proceso. Ocurre en forma concurrente con el proceso de enseñanza-aprendizaje, Dicha evaluación exige un nivel mínimo de análisis de los procesos de interactividad entre la situación de enseñanza y los procesos de aprendizaje que realizan los alumnos sobre los contenidos curriculares. Con la finalidad de proporcionar una ayuda ajustada a los procesos de construcción de conocimientos que realizan los alumnos.

En este modelo las actividades tienen una función reguladora de las dificultades, obstáculos o errores que se van manifestando.

SUMATIVA: (Examen tipo Ceneval). Se realiza al término de la situación, ciclo o proceso de aprendizaje-enseñanza. El fin principal de esta evaluación consiste en valorar si el proceso de enseñanza fue eficaz para que los alumnos alcancen las intenciones educativas planeadas previamente.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

EXAMEN DEPARTAMENTAL TIPO CENEVAL O PISA 30%

LABORATORIO (EVALUACION V-GOWIN) 20%

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE 20%

ACTIVIDAD ESPECÍFICA POR UNIDAD 30%


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BLOQUE ACTIVIDADES ESPECÍFICAS: EVALUACIÓN CON:

I PROYECTO RÚBRICA

II PORTAFOLIO RÚBRICA

III MAPA MENTAL O MAPA CONCEPTUAL RÚBRICA

IV ENSAYO RÚBRICA

REQUISITOS DE ACREDITACIÓN

Estar inscrito oficialmente como alumno del PE en la BUAP

Haber aprobado las asignaturas que son prerrequisitos de ésta

Aparecer en el acta

El promedio de las calificaciones de los exámenes aplicados deberá ser igual o mayor que 6

Cumplir con las actividades propuestas por el profesor


18

GGUUÍÍAA

MMEETTOODDOOLLÓÓGGIICCAA

DDEE BBIIOOLLOOGGÍÍAA

AUTORES:

PASCUAL VICENTE MUÑOZ

MA. DOLORES RAMOS VERA

MÓNICA MUÑOZ LOBATO


19

ÍNDICE Presentación 2

Justificación 4

Programa 6

Índice 19

BLOQUE 1 – LA BIOLOGÍA COMO CIENCIA 22

1.1 ¿Qué relación tiene la Biología con el desarrollo social 25

La Biología dentro del contexto de otras ciencias 26

1.2 ¿Cuáles son los paradigmas en los que se basa de la Biología? 29

1.3 ¿Cuál es el objeto de estudio de la Biología? 33

1.4 ¿Cuál es la importancia de la Biología en la solución de problemas del entorno social?

36

Biología, tecnología y sociedad 36

Las características de la ciencia: método científico 40

1.5 ¿Cuáles son las características de los niveles de organización de la materia? 42

Orientaciones didáctico-pedagógicas del Bloque1 46

BLOQUE 2 – LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA 48

2.1 ¿Cuáles son los bioelementos necesarios para la vida? 51

Bioelementos primarios o macroelementos 51

Bioelementos secundarios o microelementos 52

Oligoelementos 53

2.2 ¿Cuál es la importancia de las biomoléculas inorgánicas? 57

Agua 57

Sales minerales 59

2.3 ¿Cuáles son las biomoléculas orgánicas? 66

Monómeros y polímeros 66

Carbohidratos 66

Lípidos 71

Vitaminas 82

Proteínas 85


20

Enzimas 92

Ácidos nucléicos 96

2.4 ¿El Dogma Central de la Biología es Universal? 103

Duplicación 106

Transcripción 107

Traducción 108

Orientaciones didáctico-pedagógicas del Bloque 2 115

BLOQUE 3 – CÉLULA, UNIDAD DE LA VIDA 117

3.1 ¿Cuáles hechos históricos condujeron al planteamiento de la Teoría Celular? 120

3.2 ¿Qué diferencia hay entre célula procarionte y eucarionte? 123

3.3 ¿Cómo está estructurada y cómo funciona una célula? 127

Membrana celular 128

Retículo endoplásmico 131

Complejo de Golgi 132

Lisosomas 135

Vacuolas 136

Ribosomas 137

Citoesqueleto 137

Centriolo y huso 139

Cloroplastos 140

Mitocondrias 142

Citoplasma 144

Núcleo 144

3.4 ¿Cómo se reproducen las células? 146

Ciclo celular 146

División celular: mitosis y meiosis 148

3.5 ¿Cómo se pasa de una célula a la pluricelularidad? 152

3.6 ¿Cuál es la relación tejido-órgano-sistema? 155



21

BLOQUE 4 - HERENCIA Y VARIACIÓN 159

4.1 ¿Cuáles hechos históricos condujeron al desarrollo de la Genética? 162

Las ideas premendelianas 162

El experimento de Mendel 162

4.2 ¿Qué diferencias y similitudes encontramos en los conceptos de Genética? 164

4.3 ¿En qué consisten las leyes establecidas por Mendel sobre la herencia? 165

4.4 ¿Qué diferencia hay entre los patrones hereditarios mendelianos y los no

mendelianos? 167

Herencia mendeliana: herencia autosómica dominante y recesiva, determinación

del sexo 167

Herencia no mendeliana: herencia ligada al sexo, herencia multifactorial, alelos

múltiples, codominancia, herencia intermedia, poligenia

169

4.5 ¿Qué es una mutación? 175

Mutaciones génicas o puntuales 176

Mutaciones cromosómicas 177

Mutaciones genómicas 179

4.5 ¿Cuáles son las aplicaciones más importantes de la Genética? 181

Consejo Genético 181

Cariotipo humano 182

Proyecto genoma Humano 184

Ingeniería genética 184

Implicaciones bioéticas de la Genética 190



22

BLOQUE 1 La Biología como ciencia


23


24

COMPETENCIAS GENÉRICAS Y SUS ATRIBUTOS A DESARROLLAR EN EL BLOQUE 1

Se expresa y comunica

• Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante

la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.

Piensa crítica y reflexivamente

• Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos

establecidos.

• Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general,

considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.

Aprende de forma autónoma

• Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de su vida.

Trabaja de forma colaborativa

• Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos.


25

1.1 ¿QUÉ RELACIÓN TIENE LA BIOLOGÍA CON EL DESARROLLO SOCIAL?

La Biología es la ciencia que estudia a los seres vivos. Surge de manera formal en el

siglo XIX y ha definido su objeto de estudio a lo largo de la historia; ha establecido

conceptos, teorías y principios y varios enfoques metodológicos para abordar el

estudio de la vida.

Este campo de conocimiento que inició como la descripción y la clasificación del

mundo viviente, se ha transformado en una ciencia que busca comprender las

funciones y las estructuras de los seres vivos; integra temas fundamentales en el

estudio de los organismos, como son: el desarrollo, la herencia, la evolución, la

interacción con el medio y con otros organismos. Tiene también una amplia gama de

aplicaciones prácticas y ha contribuido al desarrollo de una gran cantidad de campos

aplicados, como la medicina, la ingeniería genética, la biotecnología, la agricultura y la

cría y mejora de animales, entre otras.

La Biología en la actualidad ha conformado una gran trama conceptual y

metodológica que ha logrado comprender y explicar la enorme complejidad de los

seres vivos. Además, sus conocimientos tienen importantes consecuencias en la

sociedad ante la crisis ambiental y la necesidad de plantear nuevas estrategias en el

uso de los recursos naturales, donde el conocimiento biológico es fundamental.

ACTIVIDAD

Elabora por equipo un cuadro mental colocando en el centro un esquema de la naturaleza y en los radios dibujos e ideas relacionadas con la Biología. Exponerlo en plenaria.


26

LA BIOLOGÍA DENTRO DEL CONTEXTO DE OTRAS CIENCIAS

La Biología es una ciencia tan compleja que para alcanzar sus objeticos, se apoya en

otras disciplinas científicas. Las ciencias que auxilian a la Biología para lograr

investigaciones completas se denominan ciencias auxiliares. Las principales se

enuncian a continuación: Química, Matemáticas, Física, Geografía, Historia.

Ya vimos que la Biología es una ciencia muy extensa, con ramas muy variadas que

se dividen a su vez en otras disciplinas.

RAMA OBJETO DE ESTUDIO

Anatomía Estructura de los organismos

Bacteriología Bacterias

Bioquímica Composición química de la materia viva

Botánica Plantas

Citología Estructura y funciones de las células

Ecología Ecosistemas.

Embriología Desarrollo de los óvulos fecundados

Etología Comportamiento animal

Evolución Variación de las especies a lo largo del tiempo.

Filogenia Relaciones evolutivas entre los seres vivos

Fisiología Funciones orgánicas de los seres vivos

Genética Herencia de los caracteres biológicos

Histología Estructura y funciones de los tejidos

Morfología Estructura de los seres vivos.

Paleontología Vida en el pasado

Taxonomía Clasificación y nomenclatura de los seres vivos

Virología Virus

Zoología Animales


27

ACTIVIDAD

Haz una investigación documental de otras ramas de la Biología que no estén en el cuadro anterior y llénalo en la siguiente tabla

Rama Objeto de estudio


28

Responde las siguientes preguntas 1. ¿Cómo puede contribuir la entomología a las investigaciones de otras ciencias? ___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

2. ¿Cómo puede contribuir la bioquímica a las investigaciones de otras ciencias? ___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

3. ¿Cómo puede contribuir la Genética a las investigaciones de otras ciencias? ___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________


29

1.2 ¿CUÁLES SON LOS PARADIGMAS EN LOS QUE SE BASA LA BIOLOGÍA?

Han existido una gran cantidad de investigaciones en los diferentes campos de

estudio de la Biología, sin embargo las que se retoman por su gran contribución al

campo de estudio de la Biología ya que se definieron nuevos conceptos, métodos y

objetos de estudio; es decir, grandes programas de investigación que se encuentran

en el origen de la Biología moderna son los siguientes:

• Teoría Celular

• Teoría de la evolución

• Teoría del gen

• Teoría de la homeostasis

El paradigma constituye un cuerpo de conocimientos teóricos y metodológicos

que son reconocidos durante cierto tiempo, como modelo de problemas y soluciones

de una sociedad científica determinada (Kuhn).

El paradigma incluye los problemas relevantes a resolver, las formas reconocidas

como válidas para solucionarlos, los procedimientos experimentales, los conceptos y

las teorías, los datos empíricos, los criterios y juicios de valor compartidos por la

comunidad, etc. De esta manera, lo que se considera científico —o más en particular,

lo objetivo— queda determinado por las convenciones de los miembros de la

comunidad y así resulta imposible decidir la superioridad científica de un paradigma

sobre otro.

La Biología se constituyó como ciencia hasta el siglo XIX en un proceso que inició

en 1838 con la formulación de la teoría celular y que culminó en 1900 con el

descubrimiento de las leyes de la herencia. Es en esta etapa cuando se formulan

paradigmas de orden superior; esto es, que abordan problemas de carácter general y

que por ello se denominan como paradigmas globales de la Biología, siendo en este

periodo cuando por vez primera contamos con conceptos unificadores de orden

general y con una posible aceptación universal.


30

En este orden de ideas, el primer paradigma global es la teoría celular formulada

por Teodoro Schwann y Matias J Schleiden, quienes escriben la versión definitiva de

su enunciado en 1839 (fig. 3.3)

El segundo paradigma es la teoría de la evolución formulada por Charles Darwin

en su obra El origen de las especies (1859), la cual, aunque es rechazada por ciertos

sectores, genera una polémica que ya se da en el seno de una comunidad científica

constituida. A esta teoría hay que añadir a Alfred Rusell Wallace, coautor quien llegó a

las mismas conclusiones de manera independiente a Darwin.

El tercer paradigma es la teoría de la homeostasis, esto es, de la regulación del

medio interno de los organismos, enunciado por Claude Bernard y contenido en la

obra Lecciones sobre los Fenómenos de la Vida Comunes a los Animales y los

Vegetales, publicado en 1878.

El cuarto paradigma son las leyes de la herencia formuladas por el monje

agustino Gregorio Mendel en 1865, en el texto Experimentos sobre Hibridación de las

Plantas, pero que carece de impacto científico hasta su redescubrimiento en 1900 al

haber llegado a esas mismas conclusiones Carl Correns, Erich Tschermak y Hugo De

Vries.

Fig. 1.1. Un principio unificador de los seres vivos: el AD� está presente en todos ellos


31

ACTIVIDAD

En cada espacio escribe el nombre de cada uno de los paradigmas de la biología, su autor(es) y el año de su creación. Escribe en cada inciso la relación existente entre los dos paradigmas interrelacionados según indican las flechas.

a)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

b)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________


32

c)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

d)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

e)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

f)

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Finalmente, qué puedes concluir al concluir está actividad con respecto a los paradigmas de la Biología

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________


33

1.3 ¿CUÁL ES EL OBJETO DE ESTUDIO DE LA BIOLOGÍA?

Cualquier persona puede reconocer que una hormiga, un rosal o una gallina son seres

vivos; en tanto que una piedra o el agua de lluvia no lo son. A pesar de su enorme

diversidad, los seres vivos de nuestro planeta comparten una lista de características

que los distinguen como tales; éstas son las siguientes.

Organización. Los seres vivos tienen una estructura organizada. Su unidad primordial

es la célula; a partir de ella, la organización se hace más compleja, pues ésta permite

generar tejidos, órganos y sistemas. Tu cuerpo está formado por células que a su vez

constituyen tejidos (como la piel) órganos como el corazón).

Irritabilidad. Responden a estímulos del medio ambiente. Por ejemplo, las plantas

crecen en dirección a la luz y las personas nos rascamos cuando nos pica un mosquito.

Reproducción. Los seres vivos producen descendencia similar a ellos. ¿Has observado

cachorros de algunas mascotas?

Crecimiento. Multiplican su número de células a partir de una sola, lo que los hace

crecer. Tú crecerás varios centímetros más y al llegar a cierta edad, tu crecimiento se

detendrá.

Metabolismo. Tu cuerpo está formado por sustancias en constante transformación,

las cuales obtienes mediante la alimentación y la respiración. En tu interior éstas se

combinan y se descomponen, es decir, participan en reacciones químicas. El conjunto

de reacciones químicas ocurridas en un ser vivo se lama metabolismo.

Adaptación. Los seres vivos tienen capacidad para adaptarse y sobrevivir en un

ambiente determinado. Por ejemplo, los osos polares tienen una gruesa capa de grasa

bajo la piel que los ayuda a sobrevivir en temperaturas por debajo de los cero grados

centígrados.

Movimiento. Es la facultad de desplazar el cuerpo de un punto a otro, o al menos una

parte de él, como las plantas, que orientan sus hojas hacia la luz. Generalmente el

movimiento ocurre para conseguir alimento, protegerse para huir de algún

depredador.


34

A pesar de que algunos objetos no vivos pueden tener una o más de estas

características (algunos cristales de roca pueden crecer, únicamente los seres vivos las

reúnen todas. Esto hace suponer que todos los seres vivos tienen un mismo origen:

una especie que evolucionó de maneras distintas para dar lugar a la enorme

cantidad de especies. A esa primera especie se le llama ancestro común y una prueba

irrefutable de su existencia es que todos los seres vivos del planeta usan la misma

sustancia química para heredar sus características: el ácido desoxirribonucleico (ADN)

(fig. 1.1)

ACTIVIDAD

1. Organizados en equipos, observen con una lupa las características de 1 roca, 1 planta, 1 lombriz de tierra..

2. En el siguiente cuadro comparativo de los tres objetos de estudio marquen el recuadro que señale la característica correspondiente que posea.

a) ¿La roca posee alguna característica por la que pudiera ser considerada ser vivo?, ¿por qué?

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

b) Para que se considere que un ser está vivo, puede tener una sola de las características analizadas o debe tenerlas todas? Explícalo.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

c) ¿Cuál es la unidad fundamental de la que estamos constituidos todos los seres vivos? ____________


35

MI PROYECTO

Por equipo, escojan un tema sobre Biología que les guste para trabajar un proyecto que desarrollarán durante esta unidad. Considera los siguientes aspectos para desarrollarlo.

1. Nombre del tema 2. ¿Por qué eligieron dicho tema? 3. ¿Qué saben acerca del tema? 4. Descripción detallada del experimento que deseas hacer 5. Formulen una suposición de lo que esperan observar. 6. ¿Qué medios necesitan para hacer sus observaciones? 7. ¿Qué pasos seguirían? 8. ¿Hay características que puedan medir?, descríbanlas 9. Escriban sus conclusiones 10. ¿Cómo se relaciona lo observado con la Biología?

Revisa la siguiente rubrica para que conozcas los rasgos que serán evaluados.

Aspectos a evaluar

Indicadores Inicial (0-1) Básico (2-3) Autónomo (4-5)

Organización de la información

La información carece de un orden lógico, y el tema se presenta de manera dispersa

En su mayor parte, el reporte esta organizado con base en una secuencia lógica

La organización del reporte mantiene una secuencia lógica a lo largo del texto

Información y observaciones específicas sobre el experimento

Se limita a mencionar que se presentan cambios en el experimento. No establece relación entre su trabajo, el carácter científico y el objeto de estudio de la Biología

Presenta información básica sobre el experimento, pero no reporta detalles específicos. Relaciona limitadamente el carácter científico y objeto de estudio de la Biología con su proyecto

Aporta información detallada sobre el experimento durante sus distintas etapas. Relaciona claramente su trabajo con el carácter científico y el objeto de estudio de la Biología

Redacción del reporte

La redacción es descuidada, informal y poco clara

Se tuvo cuidado en la redacción, a pesar de lo cual no resulta del todo adecuada para un reporte académico

Presenta una redacción coherente y clara, adecuada al formato de reporte académico

Calendarización del proceso

El reporte carece de una calendarización formal

La calendarización del proceso omite algunas etapas del experimento

El reporte presenta una bitácora calendarizada sobre el proceso del experimento


36

1.5 ¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE LA BIOLOGÍA EN LA SOLUCIÓN DE

PROBLEMAS DEL ENTORNO SOCIAL?

BIOLOGÍA, TECNOLOGÍA Y SOCIEDAD

La Biología es la ciencia que se encarga del estudio de los seres vivos y de los

fenómenos y procesos que ocurren en los en los seres vivos. Su definición deriva

etimológicamente del griego bios, vida, y de logos, tratado o estudio. Aunque el

término se utilizó por primera vez hasta el siglo XIX, la disciplina se ejercía desde

muchos años atrás con otros nombres. La Biología se cuestiona exclusivamente sobre

el mundo natural y se caracteriza, al igual que las otras ciencias, por seguir un método

que surge de la observación, de la comparación de hechos y de la aceptación o

rechazo de argumentos para aceptar una idea como valida.

La Biología en la actualidad ha conformado una gran trama conceptual y

metodológica que ha logrado comprender y explicar la enorme complejidad de los

seres vivos. Además, sus conocimientos tienen importantes consecuencias en la

sociedad ante la crisis ambiental y la necesidad de plantear nuevas estrategias en el

uso de los recursos naturales, donde el conocimiento biológico es fundamental.

La Biología es una ciencia. El término biología surgió en el siglo XIX dándole a la

biología un sentido más amplio que el de historia natural. Sin embargo, el estudio de

los seres vivos se remonta a épocas muy antiguas de la humanidad, aunque sin duda

ha tenido una etapa de intensa actividad durante los siglos XIX y XX. En esta sección se

relatan algunos aspectos de la historia de la biología que han contribuido a su

consolidación como una ciencia.

A lo largo de la historia la búsqueda de conocimiento sobre la naturaleza ha sido

abordada de muy diferentes formas y ha perseguido fines diversos. Las primeras

explicaciones sobre el mundo natural recurrieron a la intervención de factores

sobrenaturales. En la actualidad la ciencia ha eliminado estos elementos metafísicos y

basa sus explicaciones en causas naturales. Para ello las comunidades de científicos

han establecido normas y criterios que hacen que sus explicaciones tengan un

considerable grado de certeza. Sin embargo, estos criterios no han sido siempre los


37

mismos; han cambiado en diferentes épocas, en función de factores científicos,

filosóficos, sociales e históricos.

Al iniciar el camino de la racionalidad, la ciencia se convirtió en una actividad

fundamental ya que planteó una alternativa a las posturas metafísicas para

comprender el mundo que nos rodea. Desde el año 580 a.C. hasta nuestros días, la

búsqueda de explicaciones sobre la naturaleza transitó por diferentes rutas hasta

llegar a nuestra época en que la ciencia en general (y la biología en particular) se ha

convertido en una actividad social fundamental.

La Biología como ciencia surge de manera formal en el siglo XIX, cuando se define

con precisión su objeto de estudio y se establecen referentes teóricos y

metodológicos que unifican el estudio de los seres vivos. Pero, ¿por qué se dice que la

biología es una ciencia? ¿Qué es lo que caracteriza al conocimiento científico que lo

hace distinto a otro tipo de conocimiento? ¿Cómo se construyen las teorías

científicas?

En el siglo XIX, la revolución industrial y la burguesía impulsaron de manera

importante el desarrollo de las ciencias naturales. La física, la química y la biología

servían para desarrollar la industria y, por lo tanto, se otorgaron grandes

presupuestos para impulsarlas. El método experimental cobró gran importancia y, a

través de los años, se convirtió en el método de demostración que establecía la

diferencia entre la metafísica y la ciencia; las ciencias que utilizaban el experimento

comenzaron a destacar y a ofrecer resultados aceptables. Debido a esta situación se

construyeron enfoques filosóficos que se propusieron explicar la actividad de los

científicos; uno de ellos fue el positivismo de Augusto Comte (1798-1857), que

trascendió hasta nuestros días, y en algunos aspectos es una concepción que se

mantiene en la enseñanza de la ciencia. El positivismo afirma que:

• Las teorías se construyen a través del método experimental.

• La ciencia está formada por conocimientos verdaderos.

• Existe un único método para estudiar la realidad.

• La actividad científica es socialmente neutra.


38

La ciencia busca la organización sistemática del conocimiento acerca del mundo,

pretende formular teorías que expliquen las relaciones que existen entre diferentes

clases de fenómenos y procura explicar por qué los hechos ocurren de cierta manera

y bajo ciertas condiciones. Puede reelaborar problemas antiguos, pero una de sus

intenciones es generar conocimiento nuevo acerca del universo.

La ciencia no es sólo un conjunto de diferentes formas de conocimiento, sino que

es también el producto de una actividad humana que tiene una naturaleza específica.

La ciencia es el resultado del esfuerzo de generaciones anteriores y la cooperación de

las contemporáneas y éstas son fundamentales para su desarrollo futuro, su

naturaleza es claramente social.

La Biología además ha promovido el desarrollo del quehacer humano con la

generación de fármacos y vacunas para evitar enfermedades, con la creación y

mejoramiento de nuevas cepas de organismos vivos de uso agrícola, ganadero y

forestal o incluso en campos como la Genómica, donde el desarrollo de Terapia

Génica o estudiando el genoma humano por completo ha abierto las posibilidades de

evitar patologías asociadas a factores genéticos. El Proyecto Genoma Humano ha

generado la participación de países de todo el mundo que colaboran de manera

coordinada, para cumplir los objetivos planteados inicialmente: crear un mapa

genético de las posiciones relativas de los genes, un mapa físico de las posiciones

reales, y la determinación de la secuencia de bases del ADN

Novedades en la ciencia

El Proyecto Genoma Humano se propuso en 1990 como un estudio a 15 años, en el

que se secuenciaría el genoma humano completo, de más de 3,000 millones de pares

de bases. En un principio no quedaba claro si toda la información que se obtuviera

sería del dominio público o solo propiedad de empresas privadas. Sin embargo, en

febrero de 1996 establecieron varios acuerdos los participantes (más de 2000

científicos de más de 20 institutos en 6 países). El más importante acuerdo fue que se

proveería de una serie de datos para toda la comunidad científica, ya que la

información genética se considera como la "verdadera herencia" humana. El primer

cromosoma completo (el cromosoma humano 22) se publicó en diciembre de 1999.


39

En el verano del año 2000 se publicó el genoma "en bruto"; para abril de 2003 se

terminó la secuencia completa y se publicó en agosto de 2004. Desde entonces se

abrieron varios caminos a seguir. Aunque en un principio se pensó que las

aplicaciones y los beneficios serían inmediatos, fácilmente se dieron cuenta de que

hay mucho trabajo por delante.

En el caso de las leguminosas, como el fríjol, se encuentran bacterias del genero

Rhizobium, que tienen la capacidad de transformar el nitrógeno disuelto en el suelo

en compuestos que las plantas pueden aprovechar (sales de amonio) y con ellos

fabricar ácidos nucléicos (ADN y ARM) y proteínas (fijación del nitrógeno). Se ha

calculado que más de 70 millones de toneladas métricos de nitrógeno se incorporan

anualmente a la biosfera mediante este proceso.

Mediante una asociación simbiótica entre la bacteria y la raíz se forma una

protuberancia, donde habita la bacteria y pasa sales de amonio a la raíz. Este tipo

particular de bacterias que "infectan" al fríjol son de la especie Rhizobium etli.

Esta asociación y formación del nódulo está determinada por un "dialogo"

molecular entre ambas partes, por lo que resulta muy importante identificar los

"sucesos" moleculares que intervienen en este proceso. En el Centro de Ciencias

Genómicas (CCG) de la UNAM, en Cuernavaca, Morelos, un grupo de investigadores

mexicanos se ha dedicado a analizar la secuencia completa del genoma de Rhizobium

etli. De manera que se ha encontrado que una sección llamada "plásmido simbiótico"

en las moléculas de ADN que porta la mayor parte de los genes involucrados en la

capacidad de nodular al fríjol y fijar nitrógeno. Otro descubrimiento aun más

interesante es que este plásmido tiene genes que se parecen a otros presentes en

bacterias patógenas (dañinas) de plantas, como Agrobacterium que provoca tumores,

y en bacterias patógenas del ser humano, como Brucella, que provoca una infección

grave llamada brucelosis. Esto sugiere que, aunque no son bacterias iguales, podrían

utilizar formas comunes para interactuar con diferentes tipos de células.

En América Latina, el desarrollo de la innovación científico/tecnológica se ha

estancado, colocándonos en desventaja con los demás países del llamado "primer

mundo". En países como Japón o China se ha comprendido que el desarrollo científico

es la base del crecimiento, por lo que invierten gran parte de su producto interno


40

bruto en la generación de nuevas patentes de las tecnologías creadas por sus

científicos. Aunque en México se cuenta con un buen nivel de desarrollo científico y

con la capacidad de vincularlo a la generación de nuevas tecnologías, hace falta la

participación de la sociedad civil y del Estado para aumentar la inversión en estos

rubros y para forjar una cultura científica más sólida.

LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CIENCIA: EL MÉTODO CIENTÍFICO

La ciencia (del latín scientia, conocimiento) es un proceso dinámico de adquisición,

organización y acervo de conocimientos que son el resultado de aplicar el método

científico. La ciencia se basa exclusivamente en los hechos del mundo natural y no en

las creencias, lo cual permite que sea, hasta cierto punto, objetiva. Por ejemplo, en un

estudio científico de los sismos que ocurren frecuentemente en México, se buscan las

causas y las consecuencias del fenómeno y se trata de explicarlo sin que en ningún

momento las creencias religiosas o de cualquier otra índole afecten el estudio. Así nos

damos cuenta de que la ciencia es sistemática, analítica y comunicable porque sigue

un método para sus estudios y los analiza antes de tomar cualquier resolución.

Además, siempre trata que los otros especialistas estén enterados de los resultados

para escuchar sugerencias y críticas. Siguiendo en el ejemplo de los sismos, se informa

a la población para que tome las medidas pertinentes y se minimicen los daños. La

ciencia es explicativa por su naturaleza clara e informativa, pero sobre todo es

verificable porque los resultados pueden reproducirse para confirmar los

conocimientos; es predictiva porque genera modelos que se adelantan a los hechos.

De esta forma se pueden evitar algunas catástrofes, como en el caso de los modelos

preventivos para el desalojo de edificios durante un sismo.

El método científico plantea los siguientes pasos: planteamiento del problema,

composición del marco teórico, formulación de hipótesis, experimentación

confirmación o rechazo de la hipótesis.

El planteamiento del problema, consiste en hacer una pregunta que guíe todo el proceso de la investigación. Es lo que se va a explicar científicamente en algún grado.


41

La composición del marco teórico implica: la revisión de la literatura sobre el tema, la selección de planteamientos de diversas ideas y hasta contrapuestas corrientes teóricas y la elaboración propia del texto.

La formulación de la hipótesis consiste en simples afirmaciones sujetas a comprobación que lleguen a explicar los fenómenos.

A través de la experimentación la hipótesis puede comprobada una y otra vez, estableciendo con el tiempo una teoría o ley. Si no es así, entonces hay que replantear la hipótesis original para volver a comenzar. Finalmente, se alcanza una conclusión que recopila los resultados y la comprobación o no de la hipótesis.

ACTIVIDAD

Identifica y subraya de distinto color cada uno de los pasos del método experimental que siguió Louis Pasteur: observación y planteamiento del problema (amarillo), hipótesis (verde), experimentación (rojo), resultados y conclusión (azul).

A mediados del siglo XIX, Pasteur se dedicó a estudiar una enfermedad llamada cólera de las gallinas, que causaba gran mortandad entre las aves. Pasteur había observado a través de microscopios, a muchos microorganismos, suponía que algunas enfermedades, si no es que todas, bien podían ser causadas por ellos.

Así, Pasteur se dedicó a estudiar diferentes tejidos de las gallinas enfermas, con la finalidad de encontrar y obtener microorganismos.

Por fin, obtuvo algunos que él consideró podían ser los causantes de la enfermedad, y los cultivó en caldos especiales, donde se mantenían vivos por varias semanas

Posteriormente, inyectó algunos de estos microorganismos en gallinas sanas: todas enfermaron de cólera y murieron.

ACTIVIDAD

Elaborar un cuadro conceptual por equipo en donde expliquen con los pasos del método científico, como se pudo haber elaborado una ley o de una teoría de cualquier disciplina que elijan, hacerlo en cartulina o en presentación power point y exponerlo en clase. Realizar una plenaria.


42

1.5 ¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA

MATERIA?

Por sorprendente que parezca, las interacciones entre las distintas moléculas que

ocurren a nivel microscópico, pueden producir a nivel macroscópico una célula viva.

¿A qué se llama materia? Todo lo que podemos ver y tocar es materia. Pero

también son materia algunas cosas que no podemos ver, como el aire, por ejemplo.

La materia ocupa una cierta porción de espacio que se denomina volumen. En el caso

específico del aire esto no es tan evidente.

¿Qué es la materia viva? Dentro de los niveles de organización, la materia viva

ocupa los cuatro últimos lugares. La materia viva llamada también materia orgánica,

esta formada principalmente por carbono, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno. Estos

elementos, al combinarse, forman sustancias que interactúan entre si dentro de la

forma viva mas simple que es la célula.

La célula es la unidad fundamental por la cual están constituidos todos los seres

vivos. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta

que, ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula

LOS NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

Los seres vivos pueden ser estudiados a diferentes niveles. Como toda la materia del

universo, están compuestos de átomos organizados en diferentes niveles de

complejidad. Muchos de esos átomos forman moléculas con propiedades que se

manifiestan en las células, las que a su vez se organizan en tejidos y órganos. El

conjunto de los seres vivos forma parte de la biosfera.

La materia en el universo está organizada. Los seres vivos están formados por

materia. La materia está formada por elementos químicos (como el nitrógeno, calcio,

carbono) que están formados por átomos. Las investigaciones de los físicos han

descubierto un variado número de partículas subatómicas como protones, neutrones

y electrones. Si combinamos átomos de hidrógeno entre sí obtenemos hidrógeno


43

molecular (H2), que es un gas incoloro; si, en cambio, combinamos el H2 con oxígeno,

otro gas, obtenemos agua, una molécula

La vida surgió a partir de átomos y moléculas. Si combinamos moléculas entre sí,

formamos grandes y complejas moléculas: las macromoléculas, como proteínas y

ácidos nucleícos. Estas constituyen la materia prima que forman los virus y las células.

En el nivel subcelular múltiples moléculas se ensamblan y dan lugar a estructuras

especializadas como los organelos celulares (mitocondrias, cloroplastos, entre otros).

Se puede decir que la vida aparece como propiedad definitoria en el nivel celular, es

decir, la célula es la porción más sencilla de la materia viva que es capaz de realizar

todas las funciones vitales.

En la mayor parte de los individuos pluricelulares, las células se organizan de

acuerdo a sus características y funciones conformando tejidos como el conectivo,

muscular, epitelial, nervioso. Los tejidos están ordenados en estructuras funcionales,

denominadas órganos como el corazón y los pulmones en los animales, o las hojas y

las raíces en las plantas. Las funciones biológicas básicas se llevan a cabo por un

sistema o aparato, que es una asociación coordinada de tejidos y órganos. Los

organismos pluricelulares están formados por sistemas que actúan en forma

coordinada y precisa.

Un individuo es un solo organismo de una especie determinada, por ejemplo el

hombre, el tiburón y la hormiga. Cuando se reúnen a todos los individuos de una

misma especie que viven en un mismo lugar, en el mismo tiempo, y que comparten el

mismo hábitat forman una población. Estas poblaciones interactúan de distinta

manera con otras poblaciones del lugar constituyendo una comunidad, por ejemplo la

población de elefantes de la sabana africana. Esta comunidad comparte el mismo

lugar físico que presenta características particulares y cuando se relacionan con el

medio físico constituye a un ecosistema, y el conjunto de ecosistemas forman un

bioma caracterizado por las condiciones climáticas que determinan un gran

biosistema regional. Por ejemplo, cuando se habla de la selva, no nos referimos a la

selva amazónica o a la africana sino a todas las selvas del orbe. El conjunto de todos

los biomas integran a la biosfera, que es la capa de la Tierra donde se existe vida.


44

Desde aquí, surgen otros niveles superiores de organización que estudian los

astrónomos como que nuestro planeta Tierra es parte de un Sistema Solar que a su

vez pertenece a una galaxia, la Vía Láctea, que es una de las miles de millones de

galaxias que conforman el Universo.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA

Subatómico Protones, neutrones y electrones

Atómico Carbono, Hidrógeno, Oxígeno

Molecular Monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos.

Macromolecular Polisacáridos, proteínas, ácidos nucléicos, lípidos complejos, virus

Subcelular Organelos celulares: mitocondrias, cloroplastos, ribosomas,

Celular Célula procarionte y eucarionte Organismos unicelulares: bacterias, algas, levaduras, protozoarios

Tisular Tejidos conectivo, epitelial, muscular, nervioso

Órganos Corazón, pulmones, estómago

Sistémico Sistema circulatorio, digestivo, respiratorio

Organismos Individuos pluricelulares, animales y vegetales superiores

Poblacional Parvada de aves, banco de atunes

Comunitario Bosque

Ecosistema Ecosistemas y biomas terrestres y acuáticos: Bosque tropical, arrecifes de coral

Biosfera Todos los biomas del planeta

Cosmológico Planetas, estrellas, galaxias y universo


45

ACTIVIDAD

Escribe en una hoja de tu libreta y en forma de lista, los niveles de organización de la materia de forma descendente. Con el trabajado documental de las ramas de la biología investigadas, ubica cada ciencia utilizando llaves o corchetes de acuerdo al nivel o los niveles correspondientes a su campo de estudio. Primero delimita el campo de acción de la Biología.

En forma grupal, el profesor o algún alumno voluntario hará lo mismo tratando de incluir todas las ciencias investigadas por todos los alumnos.

ACTIVIDAD

Elabora un collage por equipo referente a los niveles de organización de la materia, exponerlo en plenaria.


46

LECTURAS SUGERIDAS

Biggs, Kapicka y Lundgren; (1999); Biología, la dinámica de la vida; Mc Graw

Hill, México; 737 páginas.

Buican, D; (1996); Historia de la Biología; segunda edición; Acento editorial,

serie Flash; España; 91páginas.

Consejo Nacional para la enseñanza de las Biología; (1975); Biología; CECSA,

México. 960 paginas.

García, H. (1997). La vuelta al mundo del doctor Balmis o los desconocidos

Niños Héroes en Genética para el Futuro. Colección Esto es Química ¿y

qué?, Facultad de Química, UNAM. México. pp. 6074

Gómez Caballero, J. A. y Pantoja Alor, Jerjes (2003) El origen de la vida desde

un punto de vista geológico. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana.

Tomo LVI, Núm. 1. México. pp. 5686.

http://www.geociencias.unam.mx/~alaniz/SGM/200356Gomez.pdf

Lazcano Araujo, A.; (1996) El origen de la vida; Quinta reimpresión; Trillas;

México; 107 páginas.

Ledesma M., I. (1993), Biología: "Ciencia o naturalismo”, en Ciencia y

Desarrollo, CONACYT, mayo junio. México. pp. 7077.

Llera Domínguez; (1984); Temas para un futuro biólogo; Segunda Edición,

UNAM; México; 569 páginas.

Paul de Kruife Los cazadores de microbios.


47

Rodríguez, L.F.; (1986); Un universo en expansión; Fondo de cultura

económica, México; 111páginas.

Rojas Peña, I. (2004) El Origen de la Vida sobre la Tierra. Universit`a degli studi

di Genova. Italia. 36 páginas.

http://www.lunanueva.cl/files/articulos/El_Origen_de_la_Vida_en_la_Tierra_v3.pdf

VIDEOS RECOMENDADOS

Cosmos de Carl Sagan

TIC

Proyecto Biósfera. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

BIBLIOGRAFÍA

Bernal, J.D. (1994). La Ciencia en la Historia. Nueva Imagen UNAM. México. pp

1226

Cervantes, M. y Hernández, M. (2004) Biología General. Publicaciones

Cultural. México. pp 1242

González, Vector. Genomica en México, ¿Como ves? Año I, Núm. 1. México,

1998, p 26.

Pérez Granados P. Alejandro y Molina Cerón María de la Luz. Biología Ed.,

Santillana, México. Primera edición 2007

Vázquez, C.R. (2006). Biología I. Publicaciones Cultural. México. pp 48


48

BLOQUE 2 Las moléculas de la vida


49


50


Se autodetermina y cuida de si

• Se reconoce y valora a si mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que se persigue.

• Elige y practica estilos de vida saludables. Se expresa y comunica

• Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.


• Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

• Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.


• Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de su vida. Trabaja de forma colaborativa

• Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. Participa con responsabilidad en la sociedad

• Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.


51

2.1. ¿CUÁLES SON LOS BIOELEMENTOS NECESARIOS PARA LA VIDA?

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los

mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza

terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de

que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas

propiedades fisicoquímicas idóneas acordes con los procesos químicos que se

desarrollan en los seres vivos.

Se denominan elementos biogenésicos o bioelementos a aquellos elementos

químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no

importancia) se pueden agrupar en tres categorías: Bioelementos principales o

primarios, secundarios o microelementos y oligoelementos.

BIOELEMENTOS PRINCIPALES O PRIMARIOS (C, H, O, N).

Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa

total. Las propiedades fisicoquímicas que los hacen idóneos son las siguientes:

• Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones

• El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones,

formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el

enlace químico

• Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo

que dichos enlaces son muy estables.

• A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes

tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes (fig.

2.1). Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

• Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el

hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de muchos grupos funcionales

que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan


52

características físicas y químicas distintas, y dan a las moléculas orgánicas

propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de crear nuevas

moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.

• Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C)

o triples.

Fig. 2.1 Estructura tridimensional del carbono

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Los encontramos formando a todos los seres vivos, y en una proporción del 4.5%.

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS

Azufre Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en todas las proteínas. También en sustancias como la coenzima A

Fósforo Forma parte de los nucleótidos de los ácidos nucleicos, de coenzimas y fosfolípidos (esenciales de las membranas celulares). Forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

Magnesio Forma parte de la clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo.

Calcio Forma el carbonato de calcio de los huesos. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.

Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Cloro Anión más frecuente; mantiene el balance de agua en la sangre y fluido intersticial


53

OLIGOELEMENTOS

Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los

organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo

armónico del organismo.

OLIGOELEMENTOS

Hierro Esencial para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y forma parte de los citocromos de la respiración celular, y en la hemoglobina para el transporte de oxígeno.

Manganeso Interviene en la fotolisis del agua, durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo

Flúor Forma el esmalte dentario y de los huesos.

Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.

Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.

Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.

Litio Actúa sobre los neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados depresivos.

Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

Níquel Importante para el buen funcionamiento del páncreas.

Cobre Interviene en la fotosíntesis, contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunológico y huesos.

Boro En las plantas es esencial para el mantenimiento de la estructura de la pared celular y de las membranas.

Vanadio Regulación del metabolismo de los lípidos

Estaño Importante para el crecimiento capilar, mejora el funcionamiento del sistema inmunológico y de los reflejos.

Selenio Es un antioxidante, estimula el sistema inmunológico e interviene en el funcionamiento de la glándula tiroides.


54

Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 16 de

ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso,

níquel, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, estaño y

molibdeno. Las funciones que desempeñan, se pueden apreciar en el cuadro anterior.

ACTIVIDAD

Localiza en una tabla periódica y escribe el símbolo de los bioelementos que constituyen a los seres

vivos en el espacio correspondiente a la cuadricula que se representa en la tabla periódica de los

elementos de abajo. Ilumina con tres colores distintos los bioelementos principales, los bioelementos

secundarios y los oligoelementos o elementos traza.


55

ACTIVIDAD

Completa el siguiente cuadro realizando una investigación documental.

bioelemento alimentos que lo

contienen función que desempeña en los

seres vivos

¿Cuáles serian las consecuencias de una

deficiencia?


56

¿Qué bioelementos eliminarías de un organismo? ¿Por qué? ______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

¿Qué criterio se sigue para clasificar a los bioelementos en principales, secundarios y oligoelementos? ______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Escribe el bioelemento cuya carencia está relacionada con las siguientes enfermedades:

Caries dental__________________ Anemia ______________________

Bocio________________________ Osteoporosis__________________


57

2.2. ¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA DE LAS BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS?

Las biomoléculas son todas aquellas moléculas que constituyen a los seres vivos, las

cuales pueden ser de naturaleza inorgánica, como el agua, y de origen orgánico, como

carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos.

EL AGUA

El agua es un compuesto inorgánico indispensable para la existencia y desarrollo de

todos los tipos de vida. Se encuentra en la naturaleza en tres estados: líquido en los

océanos y en las aguas continentales, en estado sólido en los polos y en la nieve de las

montañas, y en estado gaseoso en forma de vapor en la atmosfera.

Debido a que no sufre cambios apreciables durante su utilización biológica, en mu-

chas ocasiones no se le da importancia; sin embargo, gracias a ella se llevan a cabo las

diferentes reacciones bioquímicas que sustentan la vida. La principal función biológica

del agua se basa en su capacidad para disolver sustancias o mantener otras en

suspensión o en forma coloidal, las cuales se describen a continuación:

Solución: Sistema homogéneo que consta de un disolvente y uno o varios solutos, en

el cual no podemos distinguir su separación. Por ejemplo, en el agua de mar las sales

son solutos y el agua es el solvente.

Coloide: Sistema intermedio, es decir, entre homogéneo y heterogéneo con una fase

dispersa y otra dispersora; a simple vista presenta el efecto Tyndall (dispersión de la

luz). Los coloides son importantes, ya que 90% de la materia viva se encuentra en este

estado. Por ejemplo, el protoplasma celular, humor vítreo y el plasma sanguíneo.

Suspensión: Sistema heterogéneo que consta de dos fases: dispersa y dispersora, y es

posible distinguir la separación de una con la otra. Por ejemplo, agua y arena; la fase

dispersora es el agua y la fase dispersa, la arena.

La diferencia entre los tres sistemas está determinada por el tamaño de las

partículas. La mayoría de los organismos contienen gran cantidad de agua; en algunos


58

casos hasta 95% de su peso (ej., medusas); cerca de 70% del cuerpo humano es agua y

solo ciertos tejidos, como huesos, pelos y dientes, contienen una baja concentración.

El cuerpo humano pierde agua de manera continua a través de diferentes medios

como el sudor, la orina, la respiración y las heces; el hombre requiere recuperar

aproximadamente 1.5 litros de agua como mínimo al día para efectuar todas sus

funciones biológicas en forma adecuada. Una pérdida de 10% del contenido de agua

es causa de enfermedad y una pérdida de 20% puede causar la muerte.

ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

La molécula del agua no es lineal, es altamente polar; constituida por dos átomos de

hidrógeno unidos por enlace covalente con un átomo de oxígeno que forma una

estructura tridimensional. Los dos átomos de hidrógeno se unen a uno de oxígeno e

integran una molécula de forma irregular, pues los átomos de hidrógeno quedan a los

lados del oxígeno en un ángulo de 104.5º, produciéndose una desigual distribución de

las cargas eléctricas (fig. 2.2).

Fig. 2.2 Estructura tridimensional del agua

PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL AGUA

Dentro de las propiedades químicas del agua destaca la polaridad.

La electronegatividad del oxígeno hace a la molécula de agua muy polar; además de

que la hace capaz de formar puentes de hidrógeno con otras moléculas de agua y con

diferentes biomoléculas, como proteínas y carbohidratos principalmente. Los puentes

de hidrógeno que se forman entre moléculas de agua son muy débiles comparados


59

con los enlaces covalentes que existen entre los átomos de oxígeno e hidrógeno, pero

al ser muchos van a permitir que se estabilicen estructuras en proteínas y ácidos

nucléicos.

La temperatura tiene un efecto importante sobre la intensidad de interacción que

existe entre las moléculas de agua, de tal forma que a bajas temperaturas se favore-

cen los puentes de hidrógeno, mientras que a altas se inhibe su formación. El hielo

tiene 100% de puentes de hidrógeno, mientras que el vapor de agua carece de ellos.

Las funciones biológicas humanas ocurren normalmente en un intervalo de tempe-

ratura muy corto, alrededor de 37°C, que es la del cuerpo humano; se considera que a

esta temperatura se conservan de 35 a 47% de puentes de hidrógeno.

Propiedades físicas del agua

El agua es inodora, incolora, insípida y transparente, siendo la única sustancia en

estado natural sobre la Tierra en abundancia y en sus tres estados al mismo tiempo

(líquido, sólido y gaseoso), siempre y cuando la temperatura sea de 0.098°C y la

presión sea de 4.58 mm de mercurio. A este fenómeno se le denomina punto triple

del agua.

A continuación estudiaremos sus características físicas que son:

Densidad: El agua se comporta diferente a los demás líquidos (ya que éstos se

contraen al enfriarse y se congelan alcanzando su máxima densidad), en tanto que el

agua alcanza su máxima densidad a los 4ºC sin congelarse y esta densidad es de

0.9999, o sea, prácticamente 1.0, valor que se considera como valor patrón de

comparación para las densidades de los demás líquidos.

Gracias a los puentes de hidrógeno (fig. 2.3), el estado sólido presenta separación

entre las moléculas y, por tanto, su densidad es menor que la del agua líquida, por lo

que flota en ella. Esta característica permite la vida acuática en zonas frías, ya que en

lagos, ríos y mares de estas zonas se forma una capa de hielo en la superficie al

descender la temperatura, la cual protege el agua situada bajo ella de los descensos

térmicos del exterior.


60

2.2. Formación de puentes de hidrógeno

Punto de ebullición y de congelación: Son muy altos, lo que permite que exista en

estado líquido en una amplia gama de temperaturas y favorece la existencia de seres

vivos en ambientes con temperatura extrema.

Calor específico. Éste es muy alto y permite que el agua, cuando se encuentra en

grandes extensiones y volúmenes, sea regulador de la tempera-tura ambiental. En un

organismo realiza los cambios en la temperatura corporal.

Calor latente de vaporización. Es el número de calorías requerido para transformar

un gramo de líquido a vapor. Al ser elevado convierte el agua en un termorregulador

en los organismos tanto vegetales como animales.

Capilaridad. Es el resultado tanto de la cohesión como de la adhesión del agua y se

manifiesta en fenómenos como la ascensión del agua de la raíz a las hojas de las

plantas.

Cohesión. Es la fuerza de unión entre dos partículas de la misma naturaleza.

Adhesión. Es la fuerza de unión entre dos partículas de distinta naturaleza.

Disociación. En el agua líquida, además de moléculas de agua (aisladas o agrupadas

por puentes de hidrógeno), existe una pequeña proporción de moléculas disociadas

en sus iones.


61

En el agua pura la concentración de los iones H+ e OH– es la misma, por lo que

resulta neutra. El pH en este caso es de 7.0, un pH menor de este valor indica acidez y

mayor alcalinidad. En los fluidos biológicos, las variaciones del pH afectan en gran

medida la actividad de muchas moléculas.

Éste es el caso de las proteínas y, en concreto, de las enzimas. Por ello, en el

transcurso de la evolución, los seres vivos han adquirido mecanismos que mantienen

constante el pH: son los sistemas tampón o amortiguadores.

ACTIVIDAD

Investiga, ¿cuáles serian los síntomas o alteraciones que se presentarían como consecuencia de la deshidratación en los humanos?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

____________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


62

ACTIVIDAD

Durante el invierno, en ecosistemas muy fríos, como ríos, lagos, mares y estanques se congelan en su superficie y forman una capa de hielo que flota sobre el agua, mientras el agua permanece en estado líquido sin congelarse, permitiendo que la vida continúe. ¿Cuál es la razón para que el agua se comporte de esta manera?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

¿A qué se debe que las moléculas de agua se puedan unir entre sí, lo cual le confiere mayor presión?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

¿Porque es tan importante la tensión superficial para los insectos?

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________


63

ACTIVIDAD

Haz una investigación documental sobre las propiedades biológicas del agua. Con esa información y de las propiedades fisicoquímicas del agua, elabora un mapa conceptual donde integres las propiedades físicas, químicas, y biológicas del agua y las diversas funciones que el agua desempeña en los seres vivos.


64

LAS SALES MINERALES

Las sales minerales son moléculas inorgánicas que desempeñan una función en el

organismo dependiendo del estado físico en que se encuentran:

1. Sales insolubles o precipitadas. Forman estructuras sólidas que suelen cumplir

funciones de protección y sostén, por ejemplo:

• Caparazones de CaCO3 de crustáceos y moluscos o caparazones silíceos de

radiolarios y diatomeas.

• Esqueleto interno de vertebrados, cuya parte mineral está formada por la

asociación de varios compuestos minerales (fosfato, cloruro, fluoruro y CaCO3).

• Determinadas células vegetales incorporan sales minerales en su pared de

celulosa, por ejemplo: las células que se encuentran en los bordes de la caña (las

impregnaciones silíceas las transforman en cuchillos afilados) o las que forman

parte de los pelos de la ortiga, que se vuelven frágiles y al rozarlos se fracturan y

se convierten en jeringuillas que inyectan su contenido cáustico.

• También en el citoplasma de células de algunos vegetales se acumulan cristales de

oxalato cálcico, así que el exceso de su ingesta puede contribuir al desarrollo de

cálculos renales o biliares.

• En las células animales existen cúmulos de minerales con muy diferentes misiones;

por ejemplo, los otolitos del oído interno que son cristales de CaCO3 que

intervienen en el mantenimiento del equilibrio, o las partículas de óxidos de hierro

presentes en numerosas especies y que el parecer utilizan como brújula interna

para orientarse en su desplazamiento.

• Asociadas a otras moléculas como la hemoglobina.

2. Sales solubles en agua o en disolución. Se encuentran disociadas en sus formas

iónicas (cationes y aniones) correspondientes, las cuales son responsables de su

actividad biológica.

• Los principales cationes (+) son: sodio, potasio, magnesio, amonio, el catión

ferroso y el férrico. Los principales aniones (–) son: cloruro, carbonato,

bicarbonato y fosfato.


65

• Como funciones de los cationes podemos mencionar:

• La participación en reacciones bioquímicas.

• La regulación de la concentración de agua en el interior del organismo, a fin de

mantener el equilibrio hídrico de los seres vivos.

• La regulación de fenómenos vitales como la transmisión del impulso nervioso, la

contracción muscular y la coagulación de la sangre (Na+, K+ y Ca++).

• La regulación del pH tanto intracelular como extracelular.

• La regulación de la solubilidad de determinadas proteínas que son activas y

estables en disoluciones salinas y no lo son en agua pura.

ACTIVIDAD

Elabora un mapa mental donde integres los dos estados en que se encuentran las sales minerales, y las funciones que realizan en los organismos.


66

2.3. ¿CUÁLES SON LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS?

Existen cuatro grupos principales de biomoléculas orgánicas: carbohidratos (cuyos

monómeros son los monosacáridos), lípidos (sus monómeros son los ácidos grasos),

proteínas (sus unidades son los aminoácidos) y los ácidos nucléicos (formados por

monómeros conocidos como nucleótidos).

MONÓMEROS Y POLÍMEROS

Para entender cómo se encuentran estructurados los seres vivos y la manera en qué

funcionan, es necesario contar con un conocimiento básico de los átomos y de las

moléculas que los forman; así pues las interacciones entre estos átomos y moléculas

producen estructuras, mismas que son las responsables del crecimiento, el

movimiento y todas las demás características de un ser vivo.

La mayoría de las biomoléculas son muy grandes y están constituidas por grandes

cadenas, por la unión de pequeñas moléculas o monómeros. A las moléculas resultan-

tes se les llama polímeros. Cuando estos polímeros son muy grandes se les denomina

macromoléculas como en el caso de muchas proteínas y el ADN.

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos son miembros de una familia de compuestos orgánicos que se

caracterizan por tener varios grupos hidroxilos y por lo menos potencialmente un

grupo aldehídico o cetónico. Un alcohol polivalente es una molécula orgánica que

tiene más de un radical alcohólico (C — OH), por ejemplo el glicerol.


67

La palabra carbohidrato literalmente significa carbón con agua (carbón hidratado)

o hidrato de carbono, y se les conoce así por tener carbón, hidrógeno y oxígeno, éstos

dos últimos en la misma proporción que en el agua (2:1); sin embargo, en la fórmula

empírica se observa que eso no es cierto.

CnH2nOn

También se les conoce como sacáridos (sacar en latín significa azúcar), glúcidos

(glucos en griego significa dulce) o azúcares; desempeñan su principal función

biológica como energéticos, o sea, que de ellos se obtiene energía para procesos

vitales. Un gramo de carbohidratos proporciona 4 calorías. Además, desempeñan

funciones estructurales y de reserva.

Clasificación de los carbohidratos

Se pueden clasificar según dos criterios:

De acuerdo con el grupo funcional que poseen: se dividen en aldosas por

presentar un grupo aldehído en el C1 (— CHO) y cetosas por presentar un grupo

cetona en el C2 (— CO).

De acuerdo con su complejidad estructural o número de unidades que contengan

se dividen en: monosacáridos o azúcares simples (al hidrolizarse no se degradan en

azúcares más sencillos), oligosacáridos (al hidrolizarse se producen de dos a diez

unidades de monosacáridos) y polisacáridos (al hidrolizarse producen gran número de

monosacáridos).

Monosacáridos

Son carbohidratos que no pueden desdoblarse por hidrólisis y se nombran por el

número de átomos de carbono en su cadena con la terminación osa: triosas, tetrosas,

pentosas, hexosas, etcétera. La ribosa y desoxirribosa (pentosas) son los azúcares que

forman parte de los ácidos nucléicos ARN (ácido ribonucleico) y ADN (ácido


68

desoxirribonucleico). Las hexosas tienen seis átomos de carbono; son las más

abundantes en la naturaleza y las más importantes moléculas desde el punto de vista

fisiológico y nutricional.

Glucosa Galactosa Fructuosa

La D-glucosa se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza en frutas y

plantas, también se encuentra en la sangre del hombre que contiene cerca de 100 mg

de glucosa por 100 ml. Si la concentración de glucosa aumenta aparece en la orina; al

exceso de glucosa en la sangre se le denomina hiperglucemia (hiper = elevado, glucos

= dulce, hemo = sangre) y es una de las consecuencias de la enfermedad llamada

diabetes.

Cuando nivel sanguíneo de glucosa es menor que el normal, se presenta

hipoglucemia (hipo = bajo). La glucosa es la molécula energética por excelencia;

además de proveer la energía para el organismo, puede almacenarse en forma de

glucógeno en animales o almidón en las plantas.

Oligosacáridos

(oligo = poco, sacar = azúcar): El número máximo de monosacáridos que se

encuentran en los oligosacáridos es de 10 a 12; de acuerdo con el número de

unidades de monosacáridos, los oligosacáridos pueden ser: disacáridos (dos

monosacáridos), trisacáridos (tres monosacáridos), tetrasacáridos (cuatro

monosacáridos), etc. Los disacáridos más comunes son: la maltosa, formada por dos

glucosas; la lactosa, el azúcar de la leche, formado por una glucosa y una galactosa; y

la sacarosa, el azúcar de las frutas, formado por una glucosa y una fructosa.


69

Maltosa Lactosa

Glucosa + glucosa Glucosa + Galactosa

Enlace glucosídico

Los monosacáridos se unen entre sí para formar oligosacáridos y polisacáridos; la

unión la realizan por el enlace glucosídico, en el cual dos carbones quedan unidos por

un átomo de oxígeno y durante su formación se libera una molécula de agua.

El enlace glucosídico puede ser α o β. El primero se caracteriza por ser fácilmente

digerible, mientras que los compuestos que tienen el enlace beta glucosídico son más

difíciles de digerir.

Polisacáridos

Al hidrolizarse producen muchas unidades de monosacáridos. Estos carbohidratos se

encuentran de manera abundante en la naturaleza. Sus moléculas son muy grandes y

complejas, tienen elevado peso molecular, son ligeramente solubles en agua y no son

muy activos químicamente. Como ejemplo de polisacáridos tenemos sustancias de re-

serva como el almidón (fig. 2.4) y el glucógeno. En el caso de sustancias estructurales,

tenemos al polisacárido celulosa (fig. 2.5), principal constituyente de la pared celular

de las plantas y a la quitina que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos.

+ H2O

Glucosa + Fructuosa Sacarosa + Agua


70

Fig. 2.4. Amilosa, polisacárido constituyente del almidón (uniones α1-4)

Fig. 2.5 Celulosa (uniones β 1-4)

ACTIVIDAD

Menciona los tres tipos principales de alimentos de los cuales los animales obtienen su energía.

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

¿Qué papel desempeñan los carbohidratos en la dieta?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

¿Qué diferencia existe entre el almidón y la celulosa con respecto a la dieta?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________


71

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

¿Una dieta rica en productos de carne aprovecha de forma menos eficiente la energía capturada

originalmente por las plantas a través de la fotosíntesis que una dieta vegetariana? Explica por qué.

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

LÍPIDOS

Los lípidos son un grupo heterogéneo de sustancias que se definen por una

característica física, ser insolubles en agua pero solubles en disolventes orgánicos

como el éter, cloroformo y benceno; los lípidos son un grupo muy importantes de

biomoléculas por las funciones que desarrollan dentro de las células, por ejemplo, son

grandes reservas de energía, componentes estructurales de las membranas celulares,

hormonas, vitaminas, etc.

Ácidos grasos

Los monómeros que constituyen a los lípidos son los ácidos grasos, que son ácidos

orgánicos que poseen un grupo carboxilo (—COOH) y una cadena con más de cuatro

carbonos. Son los componentes más abundantes de los lípidos, generalmente no se

encuentran en forma libre, sino de manera esterificada.


72

Bajo ciertas condiciones, un alcohol y un ácido orgánico reaccionarán de manera

característica para formar un compuesto llamado éster.

En donde R1 representa el alcohol y R2 el ácido carboxílico. Esta reacción se

efectúa por la combinación del grupo —OH del alcohol con el grupo —COOH del

ácido, originando agua y éster.

Los ácidos grasos se han dividido en dos grandes grupos: saturados e insaturados,

dependiendo de la ausencia (saturados) o presencia (insaturados) de dobles ligaduras

en su molécula. Como ejemplos de ácidos grasos saturados tenemos a las grasas

animales y son los siguientes:

Ácido butírico

Ácido palmítico

Ácido esteárico

Ácido araquídico

Ácidos grasos insaturados. Éstos presentan dobles ligaduras y existen en las grasas

vegetales, por ejemplo:

Ácido palmitoléico


73

Ácido oleico

Ácido linoléico

Ácido linolénico

Los ácidos grasos esenciales son aquellos que no pueden ser sintetizados por

nuestro organismo y tienen que ser ingeridos en la dieta vegetal, por ejemplo

tenemos el linoleico y el linolénico.

CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS

La clasificación de los lípidos se basa de manera general en determinar que sustancias

están dentro de la estructura de su molécula; utilizando este criterio se clasifican en:

simples, compuestos y sustancias asociadas a los lípidos.

Lípidos simples

Son ésteres de ácidos grasos con diversos alcoholes; pueden ser grasas neutras o

triacilglicéridos y ceras.

Grasas neutras o triacilglicéridos

Están formadas por ésteres de ácidos grasos y glicerol; aquellos con ácidos grasos no

saturados o número bajo de átomos de carbono se encuentran en forma líquida a

temperatura ambiente y son los aceites. Son importantes como depósito de reserva

del tejido celular subcutáneo o como soporte y protección de órganos internos.


74

Cuando se encuentran esterificados los tres hidroxilos del glicerol se llaman

triacilglicéridos, forma en la que se encuentran en la naturaleza y entran en nuestro

organismo.

Las grasas y los aceites son susceptibles a diferentes reacciones de deterioro que

reducen el valor nutritivo del alimento y además producen compuestos volátiles que

imparten olores y sabores desagradables. El término rancidez se ha usado para

describir los diferentes procesos a través de los cuales se alteran los lípidos. Existe la

rancidez hidrolítica y la rancidez oxidativa.

Triestearina (lípido simple)

La primera se debe básicamente a la acción de las enzimas lipasas que liberan

ácidos grasos de los triacilglicéridos; mientras que la segunda se debe a la acción del

oxígeno y de las enzimas lipoxigenasas sobre las instauraciones de los ácidos grasos.

Ceras

Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con alcohol, distinto a la glicerina. Como

ejemplo tenemos la cera de abeja y la esperma de ballena. En los animales se

encuentran especialmente como secreciones y pueden servir como cubierta

protectora de la piel o pelambre por actuar como impermeabilizante. La misma

función protectora la tienen en las plantas, donde las ceras pueden encontrarse

recubriendo el fruto o las hojas.


75

Lípidos compuestos

Son lípidos constituidos por carbono, hidrógeno, nitrógeno y fósforo, dentro de éstos

se encuentran los fosfolípidos, glucolípidos y lipoproteínas.

Fosfolípidos.

Se forman por la unión de un alcohol polivalente (glicerol), ácidos grasos y ácido

fosfórico. Su función consiste en estructurar las membranas de la célula como la

membrana celular o la de organelos como las mitocondrias o el complejo de Golgi.

Los fosfolípidos se dividen en dos zonas: la del glicerol y el grupo fosfato resultan

polares, por lo que son hidrofílicas; mientras que las de los ácidos grasos son

apolares, por lo que son hidrofóbicas. Por poseer ambas características esta molécula

se llama anfipática (fig. 2.6). Su importancia radica en su capacidad para formar

bicapas que son la base estructural de las membranas biológicas.

Glucolípidos o cerebrósidos.

Se forman por la unión de alcoholes polivalentes con ácidos grasos, grupos amino y un azúcar que generalmente es la glucosa o la galactosa. Forman parte estructural del tejido nervioso y sirven como aislantes.

Fosfolípido (lípido compuesto)


76

Fig. 2.6. Estructura de un fosfolípido

Lipoproteínas

Son lípidos simples o compuestos combinados con proteínas; forman parte

estructural de membranas celulares y subcelulares; son responsables del transporte

de lípidos en la sangre, tejidos y órganos.

Lípidos derivados

Son sustancias asociadas a los lípidos. También son conocidos como lípidos

misceláneos o insaponificables, son moléculas con propiedades de solubilidad muy

semejantes a las de los lípidos. Se les clasifica en esteroides y carotenoides.

Esteroides

Son moléculas cuya estructura difiere de la de los lípidos simples y compuestos; se

encuentran en una gran variedad de formas estructurales y muchos son

característicos de plantas y animales. Sin embargo, todos los esteroides poseen una

misma estructura general de 17 carbones dispuestos en tres anillos de 6 C, unidos a

uno de 5 C llamado núcleo esteroidal o ciclo-pentanoperhidrofenantreno (CPPF).


77

Los esteroides se dividen en dos grupos de importancia biológica, son los esteroles

y algunas hormonas; entre los esteroles más conocidos tenemos el colesterol, que

tiene influencia en la fluidez y estabilidad de las membranas biológicas, y el ergosterol

que se transforma en vitamina D debido a la radiación ultravioleta.

Hormonas. Son hormonas esteroideas las producidas en la corteza de la cápsula

suprarrenal (aldosterona y cortisol) y en las glándulas sexuales (testosterona y

estradiol).

Testosterona Progesterona

Estradiol Colesterol


78

Carotenoides

Son sustancias de origen vegetal que se encuentran en forma de pigmentos (rojo,

naranja o amarillo). Tienen importancia por ser precursores en la síntesis de vitaminas

como la “A” para la vista, la “E” cuya carencia provoca esterilidad por falta de

desarrollo de las células sexuales, y la “K” que interviene en la coagulación de la

sangre.

ACTIVIDAD

Elabora un crucigrama con los principales conceptos de lípidos.


79

ACTIVIDAD

Solicitar a los alumnos que lleven algunos de los productos que consumen a diario y observen en las etiquetas si en esos alimentos especifican lo que contienen y si tienen lípidos, carbohidratos, vitaminas y en qué cantidad.

Integren equipos de trabajo colaborativo, compartan sus resultados y repórtenlos en el siguiente cuadro.

Por último analicen si están consumiendo la cantidad adecuada de estos nutrientes, en caso de haber deficiencia, específica cuáles son y cómo pueden mejorar su dieta.


80

ACTIVIDAD.

Explica la importancia del colesterol en tu organismo y argumenta los daños que puede ocasionar el exceso.

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___________________________________________________________________________________

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Argumenta cual es la relación que existe entre el colesterol y el estrógeno?

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81

ACTIVIDAD

Elabora un cuadro sinóptico de los lípidos


82

VITAMINA FUNCIÓN CARENCIA FUENTES

LIPO

SOLU

BLE

S

Vitamina A (retinol)

Mantenimiento y crecimiento de los tejidos, dientes y huesos; vital para la visión y las membranas mucosas.

Conjuntivitis, piel seca y rugosa, visión imperfecta.

Zanahorias, espinacas, vísceras de animales, perejil, mantequilla, boniato, atún, quesos

Vitamina D

(colecalciferol)

Transporta el calcio de los alimentos hacia el hueso. Se sintetiza por exposición a la luz solar.

Raquitismo, alteraciones musculares, reblandecimiento óseo

Sardinas, atún, quesos grasos, margarina, champiñones, huevos, pescado, leche, yogurt.

Vitamina E (tocoferol)

Mantenimiento de las membranas celulares y protección de los tejidos de pulmones, piel, hígado y pecho.

Distrofias musculares, atrofia testicular, alteraciones vasculares degenerativas, implantación defectuosa del huevo en el útero.

Aceite de maíz, germen de trigo, avellanas, almendras, coco, aceite de oliva, margarina, nueces.

Vitamina K (fitoquinona)

Coagulación sanguínea y ligamentos de calcio.

Hemorragias Hojas de vegetales verdes, hígado de bacalao

HID

RO

SOLU

BLE

S

Vitamina C (ácido ascórbico)

Mantenimiento de vasos sanguíneos, cicatrización, funciones inmunológicas y utilización de hierro.

Hemorragias, deficiencias celulares, alteración del tejido óseo y retardo en cicatrización.

Kiwi, guayaba, pimiento rojo, perejil, limón, coliflor, espinaca, fresa, naranja.

Vitamina B1 (tiamina)

Usado para los músculos, funciones nerviosas, crecimiento y utilización de carbohidratos.

Inflamación de los nervios, reducción de los reflejos ten-dinosos, anorexia, fatiga y trastornos gastrointestinales.

Huevos, carnes de cerdo o de vaca, cacahuetes, garbanzos, lentejas, avellanas, nueces, ajo.

Vitamina B2 (riboflavina)

Metabolismo de ácidos grasos y aminoácidos, y formación de eritrocitos y anticuerpos.

Dermatitis seborreica, fatiga visual, y conjuntivitis.

Germen de trigo, almendras, cocos, champiñones, huevos, lentejas.

Vitamina B3

(niacina)

Mantiene saludable al sistema nervioso, piel y digestión.

Dermatitis, diarrea. Hígado de ternera, almendras, germen de trigo, arroz integral, setas.

Vitamina B5

(ácido pantoténico)

Síntesis de ácidos grasos y colesterol, incluyendo bilis, vitamina D y hormonas

Hiperreflexia, deficiente actividad de las glándulas suprarrenales.

Vísceras, levadura de cerveza, yema de huevo, cereales integrales.

Vitamina B6 (piridoxina)

Metabolismo de proteínas, formación de anticuerpos y síntesis de hormonas.

Apatía, depresión, calambres, nauseas, mareo, parestesias anemia y debilidad muscular.

Sardinas, nueces, lentejas, vísceras, garbanzos, carne de pollo, atún, avellana, plátanos.

Vitamina B8

(biotina)

Metabolismo de grasas, carbohidratos y proteínas.

Atrofia de la mucosa digestiva y abolición de la sensibilidad profunda.

Frutos secos, frutas, leche, hígado, levadura de cerveza.

Vitamina B10

(ácido fólico)

Formación de eritrocitos , división celular. Digestión y metabolismo de proteínas.

Anemias, leucopenias, lesiones gastrointestinales y diarreas.

Lechuga, levadura de cerveza, zanahorias, tomate, perejil, espinacas.

Vitamina B12

(cianocobalamina)

Metabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos; formación de eritrocitos; y mantenimiento del sistema nervioso.

Atrofia de la mucosa digestiva y abolición de la sensibilidad profunda.

Huevos, productos lácteos y alimentos de origen animal.


83

VITAMINAS

Las vitaminas por sí mismas son moléculas orgánicas, que se necesitan en pequeñas

cantidades en la dieta de los animales superiores. Estas moléculas cumplen el mismo

papel en casi todas las formas de vida, pero en el curso de la evolución los animales

superiores han perdido capacidad de sintetizarlas. El hombre necesita al menos 12

vitaminas en la dieta. Las rutas de la biosíntesis de las proteínas de las vitaminas son

complejas; por lo tanto, es más eficaz biológicamente ingerir vitaminas que sintetizar

las enzimas necesarias para construirlas a partir de moléculas más sencillas. La

deficiencia en vitaminas puede generar enfermedades en todos los organismos que

necesitan estas moléculas.

Las vitaminas se clasifican en dos grupos en función de su solubilidad en agua o en

disolventes apolares: hidrosolubles y liposolubles (tabla 2.1).

Las vitaminas hidrosolubles están compuestas por el ácido ascórbico (vitamina C)

y una serie conocida como el complejo de las vitaminas B. La serie de vitaminas B son

coenzimas.

La deficiencia en vitaminas origina una serie de trastornos; sin embargo, muchos

de los síntomas pueden generarse a partir de otras condiciones diferentes a la

carencia de una vitamina. Por esta razón, y debido a que las vitaminas se necesitan en

cantidades relativamente pequeñas, las situaciones patológicas que provienen de las

deficiencias de vitaminas a menudo son difíciles de diagnosticar.

La necesidad confirmada de vitamina C (ácido ascórbico) es relativamente fácil de

demostrar. Esta vitamina hidrosoluble no se utiliza como coenzima, sino que es

necesaria para mantener la actividad de la polihidroxilasa. Esta enzima sintetiza 4-

hidroxiprolina, un aminoácido necesario en el colágeno, la proteína más abundante

del tejido conjuntivo en los vertebrados que raramente se encuentra en otra parte.

Las vitaminas liposolubles participan en diferentes tipos de funciones y se

designan con las letras A, D, E, y K (tabla 2.1). La vitamina K funciona en la

coagulación normal de la sangre. La vitamina A (retinol) es el precursor del retinal,

que es el grupo fotoabsorbente de la rodopsina en el ojo. La deficiencia de esta

vitamina produce ceguéra nocturna; además, los animales jóvenes necesitan vitamina


84

A para crecer. El ácido retinoico, que posee un grupo carboxilato terminal en lugar del

grupo alcohol terminal del retinol, actúa como una molécula señal activando la

transcripción de genes específicos que participan en el crecimiento y desarrollo.

El metabolismo de calcio y fósforo está regulado por una hormona derivada de la

vitamina D; su deficiencia impide la formación correcta del hueso en animales

jóvenes. La deficiencia de vitamina E (∂-tocoferol) en ratas provoca esterilidad. Esta

vitamina reacciona y neutraliza las especies reactivas del oxígeno, como los radicales

hidroxilos, que pueden oxidar a los lípidos insaturados de las membranas dañando las

estructuras celulares.

ACTIVIDAD

Completa el siguiente cuadro de vitaminas

vitamina fuente carencia función

Kiwi, guayaba, pimiento rojo, perejil, limón, coliflor, espinaca, fresa, naranja

Hemorragias, deficiencias celulares, alteración del tejido óseo y retardo en cicatrización.

B12 Atrofia de la mucosa digestiva y abolición de la sensibilidad profunda, anemia.

Huevos, carnes de cerdo o de vaca, cacahuetes, garbanzos, lentejas, avellanas, nueces, ajo.

Usado para los músculos, funciones nerviosas, crecimiento y utilización de carbohidratos.

A

Mantenimiento y crecimiento de los tejidos, dientes y huesos; vital para la visión y las membranas mucosas

Sardinas, atún, quesos grasos, margarina, champiñones, huevos, pescado, leche, yogurt


85

PROTEÍNAS

Las proteínas son polímeros biológicos de aminoácidos. Los aminoácidos presentes en

las proteínas de todos los seres vivos son 20; éstos se caracterizan por poseer un

grupo amino y un grupo carboxilo unido a un carbón y se diferencian por su radical R

(fig. 2.7). Dependiendo de dicho radical pueden ser polares, apolares, con carga o

neutros. La unión entre los aminoácidos es por el enlace peptídico, (fig. 2.8) que se

forma al reaccionar el grupo carboxilo de un aminoácido al amino de otro con

producción de una molécula de agua. Una vez formado el enlace peptídico se habla

de residuos de aminoácidos.

Los aminoácidos, como todos los compuestos orgánicos, presentan isómeros; los

de valor biológico son los de la forma L. El porqué se eligieron éstos durante el

proceso de la evolución se desconoce (fig. 2.9).

Fig. 2.7. Fórmula general de un aminoácido

Fig. 2.8. Enlace peptídico


86

Fig. 2.9. Aminoácidos naturales


87

ACTIVIDAD

Utiliza el esquema de la figura 2.7 de aminoácidos naturales. Observa bien las fórmulas y realiza el

siguiente procedimiento.

1. Circula con de azul el grupo carboxilo del carbono alfa de cada aminoácido

2. Circula de rojo el grupo amino de cada aminoácido

3. Haz lo mismo para el grupo R con color verde

¿Qué tiene en común lo que hiciste?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

¿Qué tiene de diferente?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

Las proteínas en el ser humano son del orden de 100,000 y debemos recordar que

todas las funciones de los seres vivos involucran al menos una proteína, de ahí su

importancia. El peso molecular es variable y puede alcanzar hasta millones; por

ejemplo, podemos citar la albúmina (del huevo), la insulina, la globulina (en el suero)

y la hemoglobina (en los glóbulos rojos). Cada proteína tiene una forma espacial única

(tridimensional) que responde a la función específica que tendrá en el organismo.


88

Por la complejidad estructural de las proteínas, para facilitar su estudio se han

establecido cuatro niveles estructurales que son: primario, secundario, terciario y

cuaternario. La estructura primaria se refiere al orden en que se encuentran los

aminoácidos dentro de la molécula proteica. Dada la naturaleza de cada aminoácido

este orden determina los siguientes niveles estructurales.

Fig. 2.10. Estructura de las proteínas


[89]

La estructura secundaria es la relación espacial entre los residuos de aminoácidos

que quedan cerca de la molécula proteica. En este nivel podemos encontrar

estructuras repetitivas como la hélice α y la hoja plegada (lámina β).

La estructura terciaria es la forma total de la molécula proteica que se estabiliza

por puentes de hidrógeno, de disulfuro (entre cisteínas) e interacciones electrostáti-

cas. En el caso de proteínas con más de una subunidad se refiere a la forma de cada

una de ellas; por ejemplo, la hemoglobina está constituida por dos subunidades A y

dos B. La estructura cuaternaria es la forma total de una proteína integrada por

diferentes subunidades (fig, 2.10)

La estructura de una proteína facilita su función, la cual está determinada por

diversos factores en el medio; éstos son temperatura, pH, salinidad y otras sustancias

químicas. Cuando una proteína por efecto de estos factores pierde su forma y, por

tanto, su función, decimos que se ha desnaturalizado.

De acuerdo con su función, las proteínas se clasifican en:

• Catalizadoras: Que reciben el nombre de enzimas y aceleran reacciones químicas

en los organismos.

• Transportadoras: Acarrean elementos de un lugar a otro, como la hemoglobina

que transporta el oxígeno de los alvéolos pulmonares a cada una de las células del

organismo.

• Generadoras de movimiento: Como las que provocan la contracción muscular.

• Anticuerpos: Son proteínas principalmente del grupo de las globulinas que

protegen al organismo de sustancias extrañas al cuerpo.

• Estructurales: Forman parte de las membranas celulares y estructuras

extracelulares. Todos los tejidos las poseen en mayor o en menor grado.

• Hormonales: Algunas proteínas realizan funciones de control metabólico como la

insulina que regula los niveles de azúcar en la sangre.


[90]

ACTIVIDAD

A continuación tienes encerrados en una elipse cada uno de los aminoácidos naturales unidos mediante un enlace llamado ___________________

Colorea de color diferente cada uno y dibuja con una raya el enlace peptídico entre uno y otro.

Los aminoácidos están formados por un grupo ___________, un grupo_________________ y un ________________

¿Cuántos aminoácidos son?_________

Escribe debajo de cada elipse su nombre abreviado

¿Cuántas moléculas de agua de forman?__________

¿Con quién reacciona el grupo amino?____________

¿Cómo se llama una cadena de 2 aminoácidos?_________________

¿Cómo se llama una cadena de más de 2 aminoácidos?_______________

¿Cuántos aminoácidos debe tener una proteína? _____________

Escribe en el siguiente espacio la reacción del que se lleva a cabo para formar un enlace peptídico.

Glicina Alanina Valina Leucina Isoceleucina

Cisteína Treonina Serina Prolina Fenilanina

Glutamina

Acido Glutámico Arginina

Tirosina Triptófano Metionina

Lisina Histidina

Acido aspártico

Asparagina


[91]

ACTIVIDAD

A través de un juego didáctico el alumno construye los compuestos químicos complejos a partir de las

unidades o ladrillos de los que están formados

Baraja bioquímica

Material: Cartulina o cartoncillo y plumones

La baraja estará formada de una carta de ribosa, una de desoxirribosa, galactosa, fructuosa, cuatro

cartas de glucosa alfa, cuatro de glucosa beta, cuatro de aminoácidos, cuatro ácidos grasos, dos cartas

de glicerol, dos de grupo fosfato, dos de ATP (que será el comodín) y, por último, cinco de las diferentes

bases nitrogenadas, es decir, citosina, timina, adenina, guanina y uracilo. Dando un total de 31 cartas.

Por ejemplo el profesor puede pedir: celulosa, proteína, lactosa y fosfolípido.

Los alumnos utilizarán las cartas para formar el compuesto orgánico que se les pide.

ACTIVIDAD

Investiga qué padecimientos se generan como consecuencia de una ingesta excesiva de proteínas y

cuales por una baja ingesta. En equipo elaboren un cartel promoviendo la ingesta equilibrada de estos

nutrientes y los peligros que representan los desordenes alimenticios. En una plenaria expongan su

cartel al grupo y por último elaboren un reporte de conclusiones.


[92]

ENZIMAS (BIOCATALIZADORES)

Son catalizadores biológicos por excelencia, todas las reacciones metabólicas

dependen de ellas. Hasta 1989 se pensaba que todas las enzimas eran de naturaleza

proteica; los estudios de los premios Nobel de Química, el estadounidense Thomas

Cech y el canadiense Sidney Altman, demostraron que moléculas de ARN tienen

funciones catalíticas durante la síntesis de proteínas y la maduración del propio ARN.

Se ha propuesto que en es-te caso se hable de ribozimas, término que deriva de la

combinación de enzima y ácido ribonucleico.

Aunque cada enzima tiene su propio mecanismo de acción, podemos decir que

todas disminuyen la energía de activación de la reacción que catalizan.

Debemos recordar que la energía de activación es aquella que debe aportarse para

que una reacción ocurra; por lo tanto, si ésta disminuye la reacción se facilita.

Una enzima actúa sobre uno o varios reactantes, que reciben el nombre de

sustratos, para lograr uno o varios productos. Esta acción involucra una serie de

cambios conformacionales que permiten la interacción con los sustratos, su

transformación y hasta la producción y liberación de los mismos.

La unión del sustrato a la enzima se lleva a cabo en el sitio activo, que siempre es

una hendidura o bolsa hidrofóbica en la estructura proteica. Esta unión se describe

mediante el modelo del sitio activo inducido, propuesto en 1958.

De acuerdo con este modelo, el sitio activo tiene una conformación que cambia a

la entrada del sustrato (sufre un cambio conformacional) y obliga a éste a cambiar,

pero al formarse el producto se da un nuevo cambio conformacional que provoca la

salida del mismo. De esta manera, el sitio activo puede compararse con un guante

que adopta la forma exacta de la mano sólo hasta que ésta se encuentra dentro del

guante; este modelo fue dado por Daniel Koshlan en Berkeley (fig. 2.11).


[93]

Fig. 2.11. Modelo de cambio conformacional

Las enzimas se clasifican de acuerdo con el tipo de reacción que catalizan. Por

ejemplo, los oxidorreductasas, que catalizan reacciones de oxidoreducción. Las

transferasas, que transfieren grupos entre compuestos.

Las cinasas, que producen un grupo fosfato desde un compuesto de alta energía

a otro. Las mutasas, que cambian la posición de grupos dentro de la misma molécula.

Las fosforilasas, que rompen enlaces por adición de un grupo fosfato. Las hidrolasas,

que rompen un enlace por adición de una molécula de agua. Las fosfatasas, que

hidrolizan grupos fosfato de compuestos de alta energía. Las liasas, separan grupos

por mecanismos diferentes a la hidrólisis generando dobles enlaces.

Algunas enzimas para funcionar requieren un grupo no proteico que recibe el

nombre de grupo prostético, como es el caso de la hemoglobina cuyo grupo

prostético es el hemo; que contiene Fe2+. Otros ejemplos son el de la coenzima A y el

del fosfato de piridoxal. La enzima proteica sin el cofactor se llama apoenzima y

cuando se une a éste, holoenzima (fig. 2.12).

Varias enzimas deben sintetizarse como precursores inactivos, éstos reciben el

nombre de zimógenos. Como ejemplo de éstos tenemos al pepsinógeno que por

hidrólisis se transforma en pepsina, que es una enzima proteolítica del estómago; otro

ejemplo es el tripsinógeno que se transforma en tripsina, enzima proteolítica del

intestino delgado.


[94]

Fig. 2.12. Estructura de las enzima

Las enzimas resultan inalteradas por las reacciones que catalizan, por lo que la

misma molécula puede utilizarse una y otra vez, lo cual resulta muy económico para

los organismos, pues no hay un gran recambio de estos compuestos.

La velocidad de reacción de las enzimas depende de varios factores como son: la

concentración de la enzima, la concentración del sustrato, la temperatura, el pH y la

salinidad del medio (fig. 2.13). En los cinco casos existen valores óptimos de

funcionamiento, los cuales coinciden con los va-lores fisiológicos o con los márgenes

de vida del organismo.

Fig. 2.13. Efecto de la temperatura y el pH en la efectividad enzimática


[95]

ACTIVIDAD

Elabora un mapa conceptual de enzimas


[96]

ÁCIDOS NUCLEICOS

Este grupo de biomoléculas son de gran importancia en el avance del conocimiento

del desarrollo de la estructura y función los seres vivos, sobre todo en los aspectos de

la reproducción celular, de la conservación de la información y herencia genética, y

del control de las funciones celulares.

Se les puede conceptuar de varias maneras, pero en general se les concibe como

macromoléculas naturales, polímeros de nucleótidos de una cadena (ARN) o dos

cadenas (ADN), cuya función principal es la de contener y permitir la transcripción y

traducción de la información genética (código genético), para la elaboración de

proteínas, sustancias importantes para la estructura y funcionamiento de las células.

Es importante destacar que los nucleótidos son las unidades estructurales

(monómeros) a partir de los cuales se forman las largas cadenas de ácidos nucleicos,

por ello, es necesario desarrollar un concepto sobre estas sustancias.

Nucleótidos

Son moléculas formadas por un azúcar, una base nitrogenada y un radical fosfato (fig.

2.14). El azúcar puede ser ribosa en los ribonucleótidos, o desoxirribosa en los

desoxirribonucleotidos; la diferencia entre estos azúcares es que la primera tiene un

grupo —OH en la posición 2’ y la segunda sólo hidrógeno. Los carbonos de estos

azúcares se numeran como primos debido a que los de las bases nitrogenadas a los

que se unen llevan una numeración natural.

Bases nitrogenadas

Son compuestos derivados de la purina o de la pirimidina. Las púricas son adenina y

guanina; y las pirimídicas son citosina, timina y uracilo. Las fórmulas de estas bases se

muestran en la figura 2.15.


[97]

Fig. 2.14. �ucleótido de adenina Fig. 2.15. Bases nitrogenadas

Algunos nucleótidos como monómeros cumplen funciones específicas como el

adenosín trifosfato (ATP), que es la molécula energética de los organismos.

El adenosín monofosfato (AMP) cíclico sirve como mensajero desde la membrana

celular al interior de la célula y otros que actúan como parte de coenzimas o en

procesos tales como la fotosíntesis.

Sin embargo, su papel más llamativo lo cumplen como elementos de construcción

de los ácidos nucléicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN).

Éstos contienen la información genética que se transmite de una generación a otra y

permiten su expresión en la síntesis de proteínas.

Ácidos nucleicos

En los ácidos nucleícos el azúcar de un nucleótido se une al azúcar del siguiente a

través de un grupo fosfato formando un eje (o esqueleto) común (fig. 2.16). Las bases

de los nucleótidos unidos de esta manera quedan perpendiculares al eje mencionado.

Las bases forman pares específicos entre ellas, los cuales se estabilizan por puentes de

hidrógeno como se indica en la figura 2.17.


[98]

Fig. 2.16. Enlace fosfodiéster

Fig. 2.18. Cadenas polinucleotídicas complementarias

Fig. 2.17. Bases complementarias

El emparejamiento de bases da lugar a la formación de una doble hélice,

estructura helicoidal constituida por dos hebras que corren en sentidos opuestos (fig.

2.18). Estos pares de bases aportan dos mecanismos, siendo uno de ellos el

responsable de copiar la información genética de una cadena del ADN existente para

formar una nueva cadena doble y otro para pasar información a una cadena de ARN.


[99]

ACTIVIDAD

A través de un Cuadro de Venn establece las diferencias y similitudes de los ácidos nucléicos.

Modelo de Watson y Crick

James Watson y Francis Crick dedujeron un modelo estructural tridimensional para el

ADN que explicaba un patrón de difracción de rayos X y fue también la fuente de

conocimientos notables de las propiedades funcionales de los ácidos nucléicos (fig.

2.19).

ADN ARN


[100]

Las características del modelo de ADN de Watson y Crick son:

• Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje

común. Las cadenas transcurren en direcciones opuestas.

• Los ejes de azúcar fosfato se sitúan en el exterior y, por tanto, las bases de púricas

y pirimídicas están en el interior de la hélice.

• Las bases son casi perpendiculares al eje de la hélice y las bases adyacentes están

separadas 3.4 Aº. La estructura helicoidal se repite cada 3.4 Aº, de modo que hay

10 bases igual a 3.4 Aº por vuelta/3.4 Aº por base por cada vuelta de hélice;

asimismo, hay una rotación de 36 grados por base (360° por vuelta completa/10

bases por vuelta).

• El diámetro de la hélice es de 20 Aº.

Fig. 2.19. Modelo tridimensional del AD� de Watson y Crick


[101]

El modelo de doble hélice del ADN y la presencia de pares de bases específicos

sugirió inmediatamente cómo podría replicarse el material genético; la secuencia de

bases de una hebra de la doble hélice determina de manera precisa la secuencia la

otra hebra. Una base de guanina de una hebra se empareja siempre con una base de

citosina de la otra hebra; una base de adenina siempre con una de timina y así

sucesivamente; por tanto, la sepa-ración de la doble hélice en sus dos cadenas

componentes producirá dos moldes de hebra simple sobre los que se podrán formar

nuevas dobles hélices, cada una con la misma secuencia de bases que la doble hélice

original; como consecuencia, al replicarse el ADN, una de las cadenas de cada

molécula del ADN descendiente se sintetizará de nuevo, mientras que la otra se

transmitirá intacta desde la molécula del ADN original; lo que se conoce como

replicación semiconservativa (fig. 2.20).

Fig. 2.20. Replicación semiconservativa del AD�


[102]

Funciones del ARN

Si bien el ADN contiene la información genética del organismo, el ARN permite que

ésta se transforme en proteínas. Como se detallará en la unidad 3, existen tres tipos

de ARN; el mensajero (ARNm), que lleva la información del núcleo al citoplasma; el

ribosomal (ARNr), que conforma la maquinaria necesaria para la síntesis proteica (y

tiene actividad catalítica), y el de transferencia (ARNt), que transporta los

aminoácidos necesarios para sintetizar la nueva cadena proteica.

ACTIVIDAD

Realiza una investigación documental y completa el siguiente cuadro

tipo de ARN forma localización función


[103]

2.4. ¿EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA ES UNIVERSAL?

Watson y Crick sospecharon que una vez esclarecida la estructura del ADN, sería más

fácil entender su función. Razonaron, entonces, que si el ADN era la molécula que

transmitía la información genética a las células hijas, esta debía funcionar como un

código. Para mitad de los 50’s se sabía que la secuencia de nucleótidos en el ADN

daba origen a una secuencia de polipéptidos. Es decir, la molécula de ADN debía

dirigir la síntesis de proteínas.

ADN → Proteínas

Pero si esto era cierto, faltaba dilucidar una pieza del rompecabezas ya que se

sabía que las proteínas se sintetizaban fuera del núcleo. ¿Cómo podía el ADN, que

estaba dentro del núcleo, dirigir la síntesis de proteínas fuera del mismo? A Crick se le

ocurrió la idea de que debía existir un intermediario.

ADN → ¿? → Proteínas

Un posible candidato para intermediario era el ARN, que se encuentra en el

citoplasma. El ARN tenía varias características que lo hacían un firme candidato:

• Un esqueleto de azúcares y fosfatos (a pesar de que tiene un azúcar distinto, ya que el

ARN tiene ribosa en vez de desoxirribosa),

• Tanto el ADN como el ARN usan las mismas bases nitrogenadas, pero el ARN tiene

uracilo en vez de timina,

• El uracilo se puede unir a la adenina como lo hace la timina,

• El ARN es una cadena sencilla.

Crick sintetizó esta idea a lo que llamó el Dogma Central de la Biología, que

especifica que el ADN se traduce en ARN y este, a su vez, dirige la producción de

proteínas.


[104]

Según este postulado, la información fluye de manera unidireccional: no puede

moverse de las proteínas al ADN. Es decir, una vez que la información llega a las

proteínas, estas no pueden ser cambiadas o, lo que es lo mismo, las proteínas no

pueden influir en los genes. Si bien Crick usó el término dogma en un sentido figurado

y quizá con humor, ya que las ideas científicas sólo son aceptadas hasta que aparezca

evidencia experimental que las desmienta, durante algún tiempo esta idea adquirió

cierta dimensión de verdad absoluta en la mayoría de los libros de texto.

No obstante, la ciencia es un ente dinámico, que no se asienta en dogmas, salvo

notables excepciones. Actualmente el dogma ha sufrido cierta fisura, pues han

surgido una serie de elementos que implican la ampliación de este dogma tan

categórico. Estas excepciones atañen, entre otras situaciones o elementos, a los

priones, ribozimas y la enzima transcriptasa inversa.

En 1971 se descubrió que algunos virus, como el VIH, llevan su información en

forma de ARN, y que esta puede pasar al ADN de sus huéspedes. Ese proceso ocurre

en sentido contrario al esquema de Crick, ya que la información pasa del ARN al ADN.

Además, actualmente se sabe que tanto el ARN como las proteínas pueden influir en

la expresión del código genético.


[105]

Podemos resumir el Dogma Central de la Biología como sigue (fig. 2.21):

1. La información contenida en el ADN se transcribe a una molécula de ARN (proceso

llamado transcripción) que recibe el nombre de ARN mensajero o ARNm.

2. La información contenida en el ARNm es "leída" por estructuras llamadas ribosomas,

traduciendo el lenguaje nucléico al lenguaje proteíco. La relación que hay entre ambos

lenguajes recibe el nombre de Código Genético (fig. 2.24). Así, la palabra GTG en

ácidos nucléicos en proteína se traduce por Histidina; TTT por Lisina, y así

sucesivamente. Este proceso se denomina traducción.

El flujo de información para la expresión de los genes, es por lo tanto:

ADN → ARN → Proteínas

Fig. 2.21. Dogma Central de la Biología


[106]

Pero la otra función del ADN es la de transmitirse a su descendencia. Esto lo hace el

ADN duplicándose a sí mismo en el proceso conocido como replicación. Ahora bien: en la

reproducción sexual, el nuevo individuo recibe la mitad del ADN de cada uno de sus

padres. Así, este individuo es genéticamente distinto de ambos: así es como la re-

producción sexual genera variabilidad. Si el ADN se transmitiera a la célula o al individuo

hijo sin variación, como copia exacta del ADN parental, estaríamos ante la reproducción

clónica (fig. 2.22).

REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DEL ADN

La transmisión de información implica que el ADN es capaz de duplicarse de tal

manera que se obtengan dos moléculas idénticas a partir de la molécula inicial. Este

proceso se llama replicación o duplicación.

El ADN se replica de una manera semiconservativa, es decir que la nueva cadena se

sintetiza utilizando una de las hebras preexistentes como molde. Las moléculas de ADN

“hijas” están formadas por una cadena nueva y una original que sirve como molde.

Para que esto ocurra, la célula debe “abrir” la doble cadena de ADN en una secuencia

específica y copiar cada cadena. En la replicación participan varias enzimas. Las ADN

polimerasas sintetizan una nueva cadena de ADN. Para esto utilizan como molde una de

las hebras y un segmento corto de ADN, al que se le agregan los nuevos nucleótidos

complementarios. Este segmento funciona como cebador (primer, en inglés). La ADN

polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3’ de la cadena en crecimiento.

La ADN polimerasa copia la cadena molde con alta fidelidad. Sin embargo, introduce

en promedio un error cada 107 nucleótidos incorporados. Tiene, además, la capacidad de

corregir sus propios errores, ya que puede degradar ADN que acaba de sintetizar.

Otras enzimas que participan en este proceso son: la ADN primasa (que sintetiza el

primer de ARN), la ADN ligasa (que une extremos 5’ con 3’ que hayan quedado luego de la

síntesis), la ADN helicasa y las ADN topoisomerasas ADN (que evitan que el ADN se

“enrede” en el proceso), las roteínas de unión al ADN (facilitan la apertura de la doble

hebra).


[107]

Fig. 2.22. Replicación del AD�

TRANSCRIPCIÓN

Cuando una parte de la información contenida en la molécula de ADN debe ser

utilizada en el citoplasma de la célula para la construcción de las proteínas, esta es

transcrita como ARNm utilizando las mismas correspondencias de base que el ADN

visto anteriormente, pero con la diferencia ya señalada de que la timina es

reemplazada por el uracilo. Uno a uno se van añadiendo los ribonucleótidos en

dirección 5´- 3´, usando de molde sólo una de las hebras de la cadena de ADN y a la

ARN polimerasa como catalizador (fig. 2.23).

La operación de trascripción sólo puede llevarse a cabo cuando dos secuencias

particulares estén presentes en el ADN: la promotora al comienzo de la secuencia y la

de corte propiamente dicha -conocida como cola de poli A (compuesto de hasta 200

nucleótidos de adenina).


[108]

Fig. 2.23. Transcripción del AD�

TRADUCCIÓN – SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

La información genética llevada por el ARNm deberá ser traducida en el citoplasma

por una fábrica de proteínas: el ribosoma. Existen muchos tipos de ARNt y cada uno

es capaz de reconocer determinados tripletes de bases (codones) del ARNm. A cada

triplete de nucleótidos, los ARNt hacen corresponder uno de los veinte aminoácidos

que constituyen las mayores cadenas polipeptídicas, las proteínas (fig. 2.23). En los

organismos superiores la información genética constituye un mosaico en los que la


[109]

información útil es interrumpida por secuencias no codificantes, aparentemente

inútiles, llamadas intrones (las secuencias codificantes son llamadas exones). En la

célula eucarionte el ARNm transcribe todo, intrones incluidos.

Las secuencias supernumerarias formarán los lazos que serán cortados al mismo

tiempo que los pedazos útiles del ARN serán recolectados. Este proceso es llamado

engrosado (el cual puede dar origen a más de una forma diferente de empalme o

empalmes alternativos de los que puede resultar la formación de más de un poli-

péptido funcional, a partir de una trascripción inicialmente idéntica; recién entonces,

la molécula engrosada de ARNm maduro atraviesa la membrana nuclear por los poros

nucleares, ayudada por proteínas particulares de ribonucleoproteínas.

Fig. 2.23. Traducción


[110]

Fig. 2.24. Código Genético

La nueva cadena va adquiriendo su estructura secundaria y terciaria a la vez que

se va formando, de tal manera que al finalizar ya tiene su conformación. En ocasiones

la proteína no es todavía funcional y debe ser procesada, añadiéndole algo, recortán-

dole algo o, incluso, debe unirse a otros péptidos para adquirir estructura cuaternaria.

ACTIVIDAD

Supón que la proteína OMEGAS es necesaria para que la paloma mensajera vea; dicha proteína está formada por los aminoácidos O, M, E, G, A y S. Supón además que los aminoácidos A y S son esenciales. Al comer sorgo, la paloma mensajera consume abundantes aminoácidos O y M. Algunos de los aminoácidos O y M serán convertidos en aminoácidos E y G. Sin embargo, a menos que se consuman trigo (rico en el aminoácido A) y maíz (rico en aminoácido S), la proteína OMEGAS no puede ser sintetizada.

¿Qué ocurriría si el trigo y el maíz escasearan?


[111]

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

¿Cómo sería la visión de las palomas mensajeras si no hubiera trigo y maíz?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

ACTIVIDAD

Utilizando el código genético deduce, ¿Cuál sería el ARNm y el polipéptido resultantes de la siguientes secuencia de ADN?

CCGCGGCATATTTATGGCAAAAGC ARNm →

Polipéptido →

¿Cuántos codones posee el ARNm? __________________

¿Cuántos aminoácidos formarían el polipéptido? __________________


[112]

ACTIVIDAD

Toma tiras de cartoncillo de 5 X 15 cm y forma un eslabón, el cuál representará a un monómero y únelo con otros eslabones iguales lo cual representará al polímero. Construye tres cadenas más, en cada una escribe sobre cada eslabón el nombre del monómero que corresponda a uno de los cuatro polímeros (biomoléculas). Finalmente etiqueta la cadena con el respectivo nombre del polímero.

En esta actividad representarás los procesos del Dogma Central: replicación, transcripción y traducción. Necesitarás 200 chinches de por lo menos 5 colores distintos y 6 placas de unicel (o cartón de cajas) de 3 X 20 cm.

Replicación.

1. Agrupa las chinches por color para representar las cinco bases nitrogenadas (amarilla = adenina, azul = timina, verde = guanina, rojo = citosina y blanco = uracilo) del ADN y ARN

2. Usa la regla para dividir las seis tiras de unicel en seis secciones iguales. Escribe con el marcador el título de ADN.

3. Crea la secuencia de bases CCGAGTTAACCGACGTAA, utilizando las chinches del color que hayas elegido para cada base.

4. Coloca en forma paralela otra placa de unicel y arma la secuencia complementaria de bases. Ya tenemos nuestra secuencia y molécula completa de ADN.

5. Ahora separa ambas tiras y alinea al lado de cada una las dos tiras sobrantes. Usa mas chinches para aparear las bases complementarias en la secuencia de la tira del ADN. Anota las secuencias en cada sección.

Transcripción y Traducción

1. Escribe con el marcador en cada tira los siguientes títulos: ADN, ARNm y ARNt.

2. Utiliza la secuencia de bases CCGAGTTAACCGACGTAA, previamente construida, utilizando las chinches del color que hayas elegido para cada base.

3. En la tira de unicel del ADN, pon un codón de cada sección marcada y anota debajo de cada uno las bases complementarias que lo constituyen. Alinea la tira de ARNm con la del ADN.

4. Usa las chinches para aparear las bases complementarias en la secuencia de la tira del ARNm. Anota las secuencias en cada sección.

5. Alinea la tira de ARNt con la del ARNm. Utiliza las chinches para modelar los anticodones en la tira de ARNt.

6. Anota esta secuencia de bases en cada sección.


[113]

7. Usa el código genético de la figura para determinar los nombres de los aminoácidos codificados por la secuencia de bases del ARNm y anótalos en el Unicel.

Responde las siguientes preguntas

1. ¿Cuál es la secuencia de las moléculas hijas de ADN con respecto a la original?

___________________________________________________________________________________

2. ¿En qué momento del ciclo celular ocurre la replicación del ADN?

___________________________________________________________________________________

1. ¿Qué pasaría si el ADN no se duplicara antes de la división celular?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

2. ¿Qué sucede para separar las dos hebras de ADN?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

3. En el modelo que construiste ¿qué sería la polimerasa?

___________________________________________________________________________________

4. ¿Cuál es la finalidad de construir una secuencia de bases de ADN?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

5. ¿Qué paso de este modelo representa la transcripción?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

6. ¿Qué pasos del modelo representan la traducción?


[114]

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

7. ¿Cómo modificarías este modelo para explicar el apareamiento de la molécula de ARN?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

8. ¿Cómo está relacionada la secuencia de bases en los ácidos nucléicos con la secuencia de

aminoácidos en las proteínas?

___________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

ACTIVIDAD

Si hiciéramos la analogía de la síntesis proteica con la construcción de un edificio, ¿cuáles serían los protagonistas de dicha obra y por qué? Escribe la letra dentro del paréntesis que corresponda


[115]

LECTURAS SUGERIDAS

Frenk, Julio (1993). Triptofanito, Un Viaje por el Cuerpo Humano. Editorial Joaquín

Mortiz. México.

Sánchez Salinas Enrique y Ortiz Hernández, Ma. Laura. (1998). Biología, Sus bases

moleculares en el umbral del siglo XXI. Universidad Autónoma del Estado de

Morelos.

¿Cómo ves? Hormonas sexuales y el cerebro Año 4, N° 43 Revista de divulgación de la

ciencia de la UNAM.p.p.10-14

¿Cómo ves? Alimentos Funcionales Salud a la carta Año 4, N° 42 Revista de

divulgación de la ciencia de la UNAM.p.p.11-17

VIDEOS RECOMENDADOS

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TIC’s

Biología de Curtis http://iescarin.educa.aragon.es/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Indice%20de%20seccio

nes.htm

Biomodel – Complemento al estudio de Bioquímica y Biología Celular http://biomodel.uah.es/

Bioxeo – Recursos Biología http://www.bioxeo.com/plabioca.htm


[116]

Cells alive http://www.cellsalive.com

Proyecto Biósfera http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

BIBLIOGRAFÍA

Audesirk, T, Audesirk, G y Byers, B.E. (2002). Biología, Ciencia y Naturaleza. Prentice

Hall. México. pp. 37-53

Bourges,H., Butruille, D., Villaseñor J. P. y Villareal F.(1985) Química de la Vida. Trillas.

Temas Básicos Área: Química. pp. 16-48, 62-95, 125-136.

Harper, H.A. (1976) Química Fisiológica. 5ª Ed. Manual Moderno. pp. 1-66

Stryer, L., Berg, J.M. y Tymoczko, J.L. (2003) Bioquímica. Reverté 5ª. Ed. pp. 41-73,

295-328.


[117]

BLOQUE 3 Célula, unidad de la vida


[118]


[119]



• Elige y practica estilos de vida saludables.


• Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante

la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.


• Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general,

considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.






[120]

3.1 ¿CUÁLES HECHOS HISTÓRICOS CONDUJERON AL PLANTEAMIENTO DE LA

TEORÍA CELULAR?

Las células son la unidad fundamental, estructural y funcional de los seres vivos, son la

parte más pequeña de estos. Las células son comparadas con una fábrica porque en

ellas se requiere de materia prima para la producción de sustancias útiles y los

obreros son las enzimas. Algunas moléculas reguladoras hacen las veces de capataces,

ya que vigilan que las actividades se realicen de acuerdo con las indicaciones

contenidas en el centro de control o núcleo, que se encuentra dentro de la molécula

de ADN.

Descubrimiento de la célula

En 1665 el científico inglés Robert Hooke (fig.3.1) al observar un corte fino de corcho,

identificó una serie de estructuras parecidas a un panal de abejas. A estos espacios los

llamó celdillas debido a que se parecían mucho a las celdas que ocupaban los monjes

en el monasterio, de ahí derivó el término de célula. Sin embargo, a pesar de que es a

Hooke a quien se le da el crédito de descubrir las células, no fue el primero en

observarlas; ya que en el siglo XVII el holandés llamado Anton van Leeuwenhoek, fue

el primero en observar bacterias, glóbulos rojos, protozoarios y espermatozoides (fig.

3.2).

En el siglo XVII, el desarrollo tecnológico, particularmente la invención del

microscopio, permitió la exploración de un mundo que antes era inaccesible para el

ojo humano; esto abrió un sinfín de posibilidades y formas de aproximación al estudio

del mundo microscópico. Sin embargo, no fue suficiente con tener instrumentos o

técnicas que permitieran observar las estructuras o fenómenos vivos para poder

entenderlos y explicarlos, fue necesario también contar con marcos conceptuales que

permitieran interpretarlos. Un ejemplo de ello lo constituye el planteamiento de la

teoría celular.


[121]

Fig. 3.1 Robert Hooke Fig. 3.2 A. Leeuwenhoek

ACTIVIDAD

Haz una investigación documental y con esa información realiza una línea del tiempo de los personajes y sus descubrimientos que contribuyeron al estudio de la célula. Anota en ella el año, nombre del científico y una breve oración de la aportación que hizo. Acuérdate de llevar una secuencia cronológica de los acontecimientos.

A partir del descubrimiento de Hooke, una serie de naturalistas y científicos

iniciaron la búsqueda de células en tejidos animales y vegetales, entre ellos se

encuentran los alemanes Friedrich Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden,

zoólogo y botánico, respectivamente, quienes en 1838 y 1839 descubrieron que todos

los animales y vegetales están formados de células (fig. 3.3).

Con ello se formulan los dos primeros principios de la teoría celular:

1. Todos los seres vivos están compuestos de una o más células.

2. La célula es la unidad estructural de la vida.

Fue en 1855 que el patólogo alemán Rudolf Virchow (fig.3.3) concluyó que las

células proceden de otras células semejantes, su hipótesis dio lugar al tercer

postulado de la teoría celular:

3. Las células sólo pueden originarse por división de una célula preexistente.


[122]

Fig. 3.3 M. Schleiden, T. Schwann y R. Virchow

De aquí se concluye que la célula es la unidad:

• Anatómica. Los seres vivos están formados por una o más células.

• Fisiológica. Cada célula leva a cabo todas las unciones vitales.

• De origen. La célula se origina a partir de células preexistentes.

ACTIVIDAD

Contesta las preguntas siguientes con respecto a la Teoría Celular

1. Las células de tu piel respiran, se nutren, excretan; si no efectuaran estas funciones, morirían. ¿Con cuál de los postulados de la teoría celular se relaciona el hecho de que las células de tu piel se mantengan vivas? ¿Por qué?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________


[123]

2. Después de haber tenido un “raspón”, se forma una “costra” con sangre coagulada y los restos muertos de células, y bajo la costra tu piel se regenera ¿Con cuál de los postulados de la teoría celular se relaciona la regeneración de tu piel? ¿Por qué?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3. Tu cuerpo está formado por piel, músculos, huesos, etc. Estas partes, a su vez, están constituidas por células. Este hecho, ¿Con cuál de los postulados de la teoría celular se relaciona? ¿Por qué?

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3.2 ¿QUÉ DIFERENCIAS HAY ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES?

Existen dos tipos celulares básicos clasificados con base en su organización y

complejidad estructural: procarionte y eucarionte.

Las células procariontes (pro, antes y carion, núcleo) no tienen núcleo verdadero,

el ADN se encuentra disperso en el citoplasma constituyendo un solo cromosoma o

unido a la membrana citoplásmica (fig.3.4); el ejemplo característico son las bacterias.


[124]

Las células procariontes son de menor tamaño que las eucariontes. Presentan

una pared celular que rodea completamente a la membrana celular, protegiéndola de

las agresiones del medio externo y da forma a la célula. Los dos tipos celulares poseen

ribosomas encargados de la síntesis de proteínas, sin embargo, presentan una

diferencia sustancial en cuanto al tipo de ARN ribosomal que lo forman. De aquí que

los ribosomas procariontes se denominen 70s y los eucariontes 80s por su coeficiente

de sedimentación.

La división celular de las células procariontes se da por división binaria o

bipartición, el ADN se duplica y las dos copias se separan y se forman dos células hijas,

por esta razón la reproducción es más rápida que en las eucariontes; por ejemplo, una

nueva generación de bacterias puede aparecer cada 20 o 40 minutos.

Las células procariontes son microorganismos asexuados (sin sexo). En algunas

bacterias se ha observado in vitro (en laboratorio) que bajo ciertas circunstancias

realizan un proceso llamado conjugación, en el que un fragmento de ADN

denominado plásmido puede pasar de una bacteria a otra.

Por otro lado, las células eucariontes (eu, verdadero y carion, núcleo) son mucho

más complejas, tanto estructural como funcionalmente. El ADN se localiza dentro de

una doble membrana llamada envoltura nuclear que lo separa del resto del

citoplasma y conforma un núcleo verdadero. La complejidad de las células

eucariontes se basa en el desarrollo de compartimentos internos que originan

diversas estructuras subcelulares denominadas organelos como mitocondrias,

cloroplastos, ribosomas, lisosomas, aparato de Golgi, centriolos, vacuolas, retículo

endoplásmico, peroxisomas y citoesqueleto; cada organelo tiene una función

especializada (fig.3.5).

Por lo general, las células eucariontes se dividen por mitosis, donde el material

genético (ADN) duplicado se condensa en estructuras llamadas cromosomas y se

divide en dos células hijas. Las células germinales sufren meiosis, a partir de la cual se

producen células hijas con la mitad del número de cromosomas de la célula madre,

siendo la base de la reproducción sexual.


[125]

De acuerdo con la clasificación de seis reinos, las células procariontes sólo están

presentes en los reinos Arqueobacteria y Eubacteria. De ellas derivaron las células

eucariontes actuales presentes en los cuatro reinos restantes: Protista, Fungi, Plantae

y Animalia.

Fig. 3.4. Morfología de una célula procarionte

Fig. 3.5. Morfología de una célula eucarionte


[126]

ACTIVIDAD

Realiza una investigación documental para completar el siguiente cuadro comparativo entre célula procarionte y eucarionte, escribiendo las características que las hacen distintas.

Característica Célula procarionte Célula eucarionte


[127]

3.3. ¿CÓMO ESTÁ ESTRUCTURADA Y CÓMO FUNCIONA UNA CÉLULA?

Entre las propiedades que comparten las células y que a la vez pueden considerarse

como características de los seres vivos, se encuentra su complejidad, el intercambio

de materia y energía con el medio, el mantenimiento de su medio interno, la

capacidad de autorregularse, el que tienen ADN necesario para la reproducción, el

crecimiento y el desarrollo, así como la especialización celular y la capacidad de

responder a estímulos.

Las células son entidades complejas y organizadas en términos de orden y

regularidad. Esta estructura está basada en moléculas orgánicas e inorgánicas.

La complejidad de la vida va desde las partículas subatómicas y los átomos; la

organización de estos átomos en moléculas de pequeño y gran tamaño como agua,

proteínas y ácidos nucleicos a su vez se organizan en estructuras subcelulares que

constituyen las células.

Las células intercambian materia y energía con el medio, esto se refiere a que las

células incorporan nutrientes para transformarlos a partir de una serie de reacciones

químicas que realizan el metabolismo y con ello obtienen la energía útil a la célula

para realizar todas sus actividades, como el movimiento, la reproducción, el

crecimiento, etc. Esta energía se encuentra almacenada en una molécula altamente

energética denominada ATP (adenosíntrifosfato), la cual pertenece al grupo

bioquímico de los nucleótidos.

Todos los seres vivos se alimentan, esto es, toman del medio las sustancias

necesarias para obtener energía. Los autótrofos transforman la energía solar en

energía química a través de la fotosíntesis; en cambio, los heterótrofos tienen que

transformar los alimentos en otros más sencillos y a partir de éstos sus células se

encargan de sintetizar otros compuestos más complejos que utilizan para reparar

tejidos y llevar a cabo todas sus actividades. Toda esta serie de reacciones que se

realizan en el interior de la célula en conjunto se llama metabolismo. Éste consta de

dos fases: una fase de degradación de moléculas grandes en moléculas pequeñas

llamada catabolismo y una fase de síntesis de moléculas grandes a partir de

moléculas pequeñas llamada anabolismo.


[128]

Las células mantienen constante su medio interno a través de un proceso de

equilibrio fisiológico denominado homeóstasis, propiedad importante para el

funcionamiento celular, ya que si falla se presentan alteraciones que pueden ser

determinantes y causar la muerte celular. La célula, por tanto, posee mecanismos

reguladores de todo su funcionamiento, como la reproducción, la síntesis de

proteínas, la cantidad de electrólitos, la cantidad de agua, etcétera.

Las células tienen ADN que molécula que identifica a cada ser vivo y que contiene

las instrucciones para todo el funcionamiento celular: la reproducción, el desarrollo,

crecimiento y funcionamiento de la célula se encuentra contenida en la secuencia de

nucleótidos del ADN. Los mecanismos reguladores de la célula son tan importantes

que un cambio en la secuencia del ADN debe ser identificado y corregido por la célula,

si no se presentará una mutación. Algunas mutaciones son tan severas que causan la

muerte del organismo. Sin embargo, las mutaciones no letales y no dañinas producen

la variabilidad genética que permite que los seres vivos evolucionen.

Las células responden a los estímulos del medio como el alimento, la luz, las

hormonas, los factores de crecimiento, las sustancias químicas, la presión o la

cantidad de agua. Todas las células responden de manera específica para cada

sustancia o agente externo o interno. Esto permite a las células sobrevivir, moverse,

iniciar la división celular, modificar su actividad metabólica, etc. A esta capacidad de

respuesta celular se le denomina irritabilidad.

MEMBRANA CELULAR

En la década de 1950 se observaron por primera vez al microscopio electrónico las

membranas celulares. Químicamente están constituidas por una doble capa de

lípidos, carbohidratos y proteínas. Para explicar su estructura, los biólogos S.J. Singer

y G.L. Nicholson, en 1972, elaboraron un modelo llamado mosaico fluido (fig. 3.6). Lo

importante de este modelo es que denota la calidad dinámica de la membrana

celular. Existen varios mecanismos por medio de los cuales la membrana es

selectivamente permeable: a) el tamaño del poro, b) la solubilidad en lípidos y c) el

potencial eléctrico de la membrana.


[129]

Las moléculas cuyo tamaño coincida con el tamaño del poro o sean más

pequeñas que éste podrán atravesar la membrana fácilmente. Algunas moléculas

como los gases pueden atravesar la membrana debido a que son solubles en los

lípidos de ésta y finalmente, la carga eléctrica de los iones determina en un momento

dado qué tipo de moléculas la atraviesan.

ACTIVIDAD

Elabora un mapa conceptual de las características que distinguen a las células


[130]

Los lípidos más abundantes en la membrana son los fosfolípidos. En ciertas

membranas también existe colesterol, sustancia que en ciertas células animales

puede constituir hasta 50%. Las membranas de la mayor parte de los vegetales y de

las bacterias no contienen colesterol. Los grupos polares de cada capa de fosfolípidos

se orientan hacia el exterior de la bicapa y pueden interactuar con las moléculas de

agua que los rodean, las cadenas hidrofóbicas del fosfolípido se encuentran

orientadas hacia el interior de la bicapa. Esta bicapa de lípidos tiene consecuencias en

la estructura y funcionamiento de las células. Debido a la cohesión y formación

espontánea de las bicapas nunca se observan membranas con bordes libres; siempre

son estructuras íntegras continuas. Gracias a la flexibilidad de la bicapa de lípidos, las

membranas son deformables y pueden cambiar toda su forma como ocurre durante

la locomoción o la división celular.

La composición de carbohidratos de la membrana depende del tipo de célula, y la

cantidad de éstos varía entre 2 y 10% del peso total. Se encuentran unidos a los

lípidos y las proteínas en forma de glucolípidos y glucoproteínas, respectivamente.

Las proteínas de la membrana varían desde una docena hasta 50 tipos diferentes.

Cada una se encuentra localizada y dirigida en una posición particular de la bicapa

lipídica. Pueden ser proteínas integrales, que penetran en la bicapa de lípidos; la

mayoría atraviesan completamente la bicapa y tienen regiones que sobresalen en

ambos lados de la membrana hacia el espacio extracelular y el citoplásmico. Otro tipo

de proteínas son las periféricas, que se localizan por completo fuera de la bicapa de

lípidos, pero ancladas por grupos de ácidos grasos o por otras proteínas a la superficie

extracelular o citoplásmica.

Funciones de la membrana

La membrana celular cumple varias funciones:

a) Delimita y protege la célula.

b) Es una barrera selectivamente permeable, ya que impide el libre intercambio de

materiales de un lado a otro, pero al mismo tiempo proporcionan el medio para

comunicar un espacio con otro.


[131]

c) Permite el paso o transporte de solutos de un lado a otro de la célula, pues regula

el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula siguiendo un

gradiente de concentración;

d) Poseen receptores químicos que se combinan con moléculas específicas que

permiten a la membrana recibir señales y responder de manera específica, por

ejemplo, inhibiendo o estimulando actividades internas como el inicio de la

división celular, la elaboración de más glucógeno, movimiento celular, liberación

de calcio de las reservas internas, etc.

Fig. 3.6. Modelo de mosaico fluido de la membrana celular

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO

El retículo endoplásmico es un organelo que se distribuye a través del citoplasma,

desde la membrana nuclear hasta la membrana plasmática. Se observan dos tipos de

retículos endoplásmicos; el rugoso (RER) y el liso (REL) (fig. 3.12), que se diferencian

entre sí por los siguientes aspectos:


[132]

a) Porque el RER presenta ribosomas adheridos a sus membranas y el REL no las

tiene.

b) El RER es un conjunto de canales con forma de cisternas en cuyas paredes

membranosas se realiza la síntesis de proteínas con la intervención de los

ribosomas (ARNr), el ARN mensajero y el ARN de transferencia.

c) A medida que el RER se aleja de la membrana nuclear externa y se distribuye en el

citoplasma, hay una zona de transición donde cambia de forma (canales y cisterna)

y se observan los retículos con tubos anastomosados entre sí y cuyas paredes

membranosas carecen de ribosomas.

d) Como consecuencia desarrollan funciones diferentes. En el retículo endoplásmico

liso se sintetizan algunos fosfolípidos, hormonas esteroides y ácidos grasos.

Mientras que en el retículo endoplásmico rugoso se realiza la síntesis proteica y la

maduración de las proteínas de exportación y las que se transportan a otros

organelos celulares.

Las células tienen cantidades distintas de REL o RER, según sus actividades. Por

ejemplo, las células que secretan gran cantidad de proteínas tienen una gran actividad

de RER.

COMPLEJO DE GOLGI

El complejo de Golgi, también conocido como aparato de Golgi (fig. 3.13 y 3.14),

consiste en cisternas aplanadas, discordes con rebordes amplios relacionados con

vesículas emergentes. Realiza funciones específicas, tales como la distribución de

proteínas y lípidos que reciben del retículo endoplásmico, algunas de estas proteínas

son enzimas que se envían a los lisosomas. Transforma las proteínas y los residuos de

carbohidratos para formar glucoproteínas presentes en la superficie externa de la

membrana celular. Almacena las glucoproteínas en vesículas para ser enviadas a otras

partes de la célula.


[133]

Fig. 3.12. Retículo endoplásmico rugoso

Fig. 3.13. Complejo de Golgi

Fig. 3.14 Relación entre RER y complejo de Golgi

ACTIVIDAD

Para determinar el lugar de síntesis y el camino que siguen las proteínas segregadas por las células del páncreas antes de salir de la célula, se realiza la siguiente experiencia: se toma el páncreas de una rata y se corta en fragmentos hasta. Estos fragmentos se mantienen en un medio fisiológico que contiene un aminoácido marcado, por ejemplo, leucina tritiada. Después de un tiempo (de tres a cinco minutos), los fragmentos de páncreas se transfieren a un medio que contiene el mismo aminoácido pero sin marcar (no radiactivo). Se toman muestras a lo largo del tiempo después de aplicar el marcador radiactivo.


[134]

Inmediatamente después de tomarlas, las muestras son fijadas y preparadas para su examen histoauto-radiográfico.

a) Muestra A: se constata que tras 5 minutos se puede observar radiactividad en la región basal de la célula, a nivel del retículo endoplásmico rugoso

b) Muestra B: 15 minutos después del marcado con leucina tritiada, se constata que la radiactividad está localizada en la región del retículo endoplásmico rugoso situada en la proximidad de los dictiosomas del aparato de Golgi.


[135]

c) Muestra C: cuando se examina una muestra tomada 20 minutos después del marcado, se observan proteínas radiactivas en los dictiosomas

d) Muestra D: en las muestras tomadas 60 minutos después de la experiencia, sólo se observa radiactividad en las vesículas que rodean las cisternas del aparato de Golgi, en la cara de maduración de los dictiosomas.

e) Muestra E: 4 horas después, la radiactividad sólo se detecta en el exterior de la célula.

Analizando esta experiencia, explica dónde se sintetizan las proteínas segregadas por las células pancreáticas y cuál es el camino que siguen hasta que salen de la célula.

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¿Qué relación hay entre el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi?

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LISOSOMAS

Los lisosomas son vesículas con una estructura muy sencilla y están rodeados

solamente por una membrana. Contienen gran cantidad de enzimas hidrolíticas

(digestivas) que degradan todas las moléculas inservibles para la célula. Funcionan

como estómagos de la célula y además de digerir cualquier sustancia que ingrese del

exterior (lisosomas secundarios o vacuolas digestivas), ingieren restos celulares viejos


[136]

para digerirlos también, por tanto son llamados autofagosomas o vacuolas autofági-

cas o digestivas (fig. 7.15). Cuando las células enferman, los lisosomas rompen su

membrana y las enzimas encerradas en su interior destruyen toda la célula en un

proceso denominado autolisis.

Actualmente se conocen unas 40 enzimas lisosómicas, todas ellas son hidrolasas

ácidas del tipo de las proteasas, nucleasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas,

glucosidasas y sulfatasas. Las enzimas hidrolíticas de los lisosomas se forman a partir

del retículo endoplásmico rugoso y posteriormente son empaquetadas por el

complejo de Golgi, originándose así los lisosomas.

Fig. 3.15. Formación de lisosomas a partir del complejo de Golgi

VACUOLAS

Son sacos rodeados también por una sola membrana. Hay diferentes tipos de

vacuolas, unas son temporales y otras permanentes. Algunas de soporte, otras de

almacenamiento de agua, desechos metabólicos o alimentos y otras ayudan a la

célula a eliminar el exceso de agua del interior.


[137]

RIBOSOMAS

Los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma, aislados en grupos llamados

polirribosomas o en la parte externa del retículo endoplásmico rugoso. Éstos realizan

la síntesis de proteínas de membrana y de proteínas que algunas células secretoras

exportan hacia sus alrededores, como las enzimas digestivas y las hormonas

proteicas; por ejemplo: insulina. Las proteínas que son transportadas dentro de los

canales, se mueven por los extremos cercanos al complejo de Golgi.

Los ribosomas completos están formados por dos subunidades de diferente

tamaño. La subunidad pequeña se ajusta a la más grande como un engrane solamente

si hay ARNm que deba ser traducido. La subunidad más pequeña contiene más o

menos 30 proteínas diferentes y las más grandes de 45 a 50, todas estrechamente

unidas con los ARN ribosomales (fig. 3.16).

Durante la síntesis de proteínas se establece un contacto entre los ARNm, ARNt y

ARNr. La superficie del ribosoma tiene cuatro sitios de unión, uno para secuencia

corta de tres nucleótidos del ARNm, otro para el ARNt nuevo que lleva el aminoácido

específico para que se ensamble a la cadena polipéptidica nueva, otro para el ARNt

que ha descargado el aminoácido y un sitio donde la enzima peptidil transferasa

trabaja formando enlaces peptídicos entre los aminoácidos adyacentes.

CITOESQUELETO

La gran variedad de filamentos proteínicos del interior de las células le confieren

cierta consistencia a éstas, que en conjunto se llaman citoesqueleto. Entre estas

estructuras se encuentran las siguientes:

Microtúbulos

Estas estructuras, se localizan en el citoplasma, son cilindros huecos de 25 nm de

grosor. Dan soporte a las células, forman el huso acromático durante la mitosis,

permiten el desplazamiento de los cromosomas a través del huso mitótico o

acromático y participan activamente en transportar organelos o nutrientes dentro de

la célula.


[138]

Fig. 3.16. Estructura de un ribosoma

Fig. 3.17. Estructura de un cilio

Figura 3.18. Fibras del citoesqueleto

Fig. 3.19. Disposición del citoesqueleto en la

célula

Fig. 3.20. Estructura de un centriolo


[139]

Los microtúbulos están formados por una glucoproteína que se conoce con el

nombre de tubulina (figuras. 3.18 y 3.19). En los axones nerviosos de las neuronas, los

microtúbulos participan en el transporte de las proteínas y otros compuestos, como

las hormonas de la hipófisis y del hipotálamo.

Los cilios y flagelos de algunos organismos unicelulares están formados por

microtúbulos y participan en la locomoción y desplazamiento de estos. Los cilios, que

son estructuras en forma de pelos microscópicos, existen en cantidad abundante

alrededor de la célula para que al agitarse les permitan desplazarse en el medio que

generalmente es líquido (fig. 3.17).

Filamentos de actina o microfilamentos

Existen otras estructuras que forman el citoesqueleto compuestas de proteínas

contráctiles y presentes en gran cantidad en las células de músculo esquelético. A

estos filamentos se les denomina de actina porque están formados por la proteína o

microfilamentos, ya que su grosor es de 6 a 8 nm (fig. 3.18). Se pueden asociar con

otras proteínas, tales como la miosina o participan en la formación de las uniones

intercelulares.

Filamentos intermedios

Los filamentos intermedios tienen un diámetro de 10 nm, están formados por una

gran variedad de proteínas y participan directamente en mantener la forma de la

célula y darle fuerza ténsil a ésta (figs. 3.17, 3.18 y 3.19).

CENTRÍOLO Y HUSO

Cerca del núcleo hay una pequeña estructura que se llama centriolo o centro

organizador de microtúbulos. Cuando inicia la división celular, se replica y da lugar a

dos estructuras iguales. Los centriolos son estructuras cilíndricas de las células

animales y de las células de algunos vegetales inferiores (fig. 3.20). Los pares de

cilindros se separan lentamente, emigrando cada para los polos opuestos de la célula.

Durante su trayectoria organizan poco a poco entre ellos el huso acromático.


[140]

Los centriolos vistos al microscopio electrónico se aprecian como cilindros huecos

formados por nueve tripletes de microtúbulos (fig. 3.20). Al inicio de la división

celular, como ya se mencionó anteriormente, los centriolos emigran a polos opuestos.

De cada centriolo se proyecta un racimo de filamentos de proteína contráctil

formando figuras llamadas áster. Cuando los filamentos han llegado a polos opuestos

se obtiene una figura semejante a dos conos unidos por su base, es decir,

ensanchadas en el ecuador, estrechas en los extremos y a la que llamamos huso

acromático.

CLOROPLASTOS

Los cloroplastos son organelos de doble membrana, presentes únicamente en las

células vegetales y en protistas fotosintéticos, los cuales almacenan el pigmento verde

llamado clorofila que capta la luz solar. Los cloroplastos están constituidos de una

membrana externa que delimita al organelo del citoplasma y rodea al estroma dentro

del cual se encuentran sacos membranosos llamados tilacoides, que forman la

membrana interna; éstos se apilan formando estructuras llamadas granas (fig. 3.21).

Fig. 3.21. Estructura de un cloroplasto


[141]

La fotosíntesis es un proceso que utilizan las plantas, algas y algunas bacterias

para sintetizar su alimento, usando como fuente de energía la luz solar que

transforma en energía de enlaces químicos. En los organismos eucariontes, la

fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos.

La luz solar contiene energía que ingresa a la atmósfera terrestre, sólo una

pequeña fracción de ésta es interceptada por los organismos fotosintéticos. En el

interior de las células vegetales se encuentran los cloroplastos, que contienen un

pigmento de color verde llamado clorofila. Este pigmento absorbe la energía de la luz

solar y la cede para la elaboración (síntesis) de carbohidratos como la glucosa, a partir

de dos compuestos disponibles en el medio ambiente: el agua y el dióxido de carbono

del aire. El oxígeno que se libera en la atmósfera sirve para efectuar el proceso

respiratorio. La fotosíntesis se resume en la siguiente ecuación química:

La fotosíntesis (fig. 3.22) tiene dos etapas: la fase luminosa que incluye una serie

de reacciones que dependen de la luz, y la fase oscura, que no requiere la luz. Se le

conoce como oscura porque no importa que la luz del Sol esté o no presente

irradiando luz, se efectúa de cualquier forma. Cada año la fotosíntesis de todos los

vegetales del planeta fija unos 100 millones de toneladas de carbono, desde el CO2

hasta los compuestos orgánicos. Se ha calculado que si el CO2 consumido en la

fotosíntesis no fuera repuesto por los procesos de respiración celular, cuantos meses.

Por el contrario, lento que todo el O2 en unos 2,000 años.

Fig. 3.22. Esquema general de la fotosíntesis


[142]

MITOCONDRIA

Con el microscopio óptico las mitocondrias aparecen como bastones o raquetas.

Fueron descritas por primera vez por Altman en 1884. Fue Benda, en 1897, quien las

denominó mitocondrias (mito = hilo, chondrios = gránulo).

Su tamaño, número y forma son muy variables. En el hígado se calcula que hay

unas 1000 mitocondrias por célula; sin embargo, en las células del corazón, los

túbulos distales del riñón y otras células que necesitan una gran fuente de energía son

mucho más abundantes. Se distribuyen dentro de la célula en relación con los lugares

donde la aplicación de esa fuente de energía es más intensa. Las dimensiones de la

mitocondria pueden ser desde 0.5 μm hasta 5 o 7 μm de longitud.

Por regla general, todas las células de los organismos eucariontes tienen

mitocondrias, pero hay excepciones. Nuestros glóbulos rojos y las amibas carecen de

mitocondrias, y en un estadio del ciclo de vida del microorganismo protista

denominado Tripanosoma brucei sus mitocondrias prácticamente desaparecen.

Estos organelos presentan una doble membrana (externa e interna). Cada una de

unos 7 μm de espesor y entre ambas membranas hay un espacio de unos 8 μm

(espacio perimitocondrial o intermembranal). La membrana interna presenta

invaginaciones hacia el interior, que constituyen tabiques denominados crestas. Éstas

no llegan de un lado a otro de la mitocondria, por lo que la compartimentación que

introducen es abierta.

Tridimensionalmente, la forma de la mitocondria podría compararse muy bien a

la de un cacahuate. El interior de la mitocondria está constituido por un contenido

más o menos líquido denominado matriz mitocondrial (fig. 3.22).

El oxígeno del aire que respiramos llega a cada una de nuestras células a través de

los glóbulos rojos que lo acarrean, pero, ¿qué pasa dentro de éstas? Es aquí donde

comienza la respiración celular, proceso que en las células eucariontes se lleva a cabo

en un organelo especializado que es la mitocondria. Durante este proceso, parte de la

energía desprendida de la glucosa, con ayuda del oxígeno, se incorpora a una

molécula de ATP (adenosín trifosfato).


[143]

Fig. 3.22. Estructura de una mitocondria

La ecuación general de la respiración celular es:

Una vez sintetizadas, las moléculas de ATP salen de las mitocondrias y viajan a

todas las células del cuerpo. Ahí son utilizadas en las funciones celulares de los

órganos y también ayudan para todas las actividades diarias del cuerpo (fig. 3.23).

Fig. 3.23 Esquema general de la respiración celular


[144]

CITOPLASMA

El citoplasma o protoplasma es la masa coloidal química y morfológicamente

compleja, comprendida entre la membrana citoplasmática y la membrana nuclear.

Es un líquido viscoso de consistencia gelatinosa y su estructura corresponde a la de

un coloide (sistema constituido por agua y diferentes moléculas de elevado peso

molecular); en el que están suspendidos los organelos y las microestructuras

celulares. La parte del citoplasma que está atravesado por una red de fibras y

filamentos denominada citoesqueleto, recibe el nombre de morfoplasma (parte

coloidal); a toda la porción citoplasmática que carece de esta estructura se le da el

nombre de citosol o hialoplasma (parte líquida del citoplasma), por tanto, el

citoplasma presenta un estado fluido (sol) y otro viscoso (gel), lo cual permite que

se encuentre en movimiento continuo (ciclosis) favoreciendo el intercambio de

sustancias con el medio exterior.

NÚCLEO

Es el organelo más prominente de la célula y se localiza en cualquier sitio del

citoplasma. Está rodeado por un par de membranas concéntricas denominadas en

conjunto envoltura nuclear o membrana nuclear. No es continua, sino que posee

poros que permiten el paso de las cadenas de ARNm, sintetizadas del núcleo al

citoplasma para que realicen su función. El poro es un complejo proteínico que

controla el paso de sustancias a través de la envoltura nuclear. Además de que

esta envoltura separa el contenido nuclear o nucleoplasma del citoplasma. El

nucleoplasma es un medio acuoso de solución coloidal en estado semigel, rica en

proteínas y es donde están suspendidos los cromosomas.

Se considera que esta membrana y el núcleo tienen la misma relación que la

membrana plasmática y el citoplasma, o sea, que regulan de la misma manera los

materiales que pasan hacia dentro y fuera del núcleo.

Dentro del núcleo se encuentra uno o más nucléolos que son pequeños

cuerpos amorfos, los cuales a menudo cambian de forma y tamaño. Cuando una

célula inicia su división éstos desaparecen y cuando termina la división celular

aparecen nuevamente (fig. 3.24).


[145]

Fig. 3.24. Estructura del núcleo

Los cromosomas son estructuras que se forman de ADN altamente

compactado. Cuando se encuentran en este estado, se utiliza el término

cromatina.

La cromatina se encuentra formada por una nucleoproteína. Las

nucleoproteínas son estructuras complejas formadas por ácidos nucleicos y

proteínas del tipo de las histonas que en conjunto se denominan nucleosomas. Las

histonas son proteínas básicas, pues son ricas en aminoácidos, tales como la lisina

y la arginina; éstos contienen un grupo amino libre capaz de adquirir un protón por

poseer un par de electrones no compartido, por lo tanto tienen carga positiva (fig.

3.25).

El ADN lleva carga negativa debido a la presencia de numerosos grupos

fosfatos, por lo cual las histonas se enlazan fuertemente con el ADN. La célula

inicia la división y la cromatina se organiza en los cromosomas, término que quiere

decir cuerpos coloreados. El núcleo es el centro de regulación de la célula, cuyas

principales funciones son:

1. La continuidad celular: Es necesario para la reproducción y regeneración de las

partes perdidas. En general, es el centro de control.

2. Contiene los factores hereditarios de la célula, permitiendo así que sus

características pasen a sus descendientes.


[146]

3.25. Estructura de la cromatina

Nucléolo

Aquí se sintetizan los tipos de moléculas de ARNr que se usan en la formación de

los ribosomas. Los nucléolos son esenciales para la síntesis de proteínas y de

ácidos ribonucleicos.

ACTIVIDAD

Por equipo, elabora un mapa conceptual de una célula eucarionte hipotética donde interrelaciones a todos los organelos celulares con sus funciones. Debido a la complejidad del mismo, se recomienda que se construya en varios pliegos de papel bond para poder extenderse. Este mapa conceptual se expondrá al grupo para su evaluación.

3.4 ¿CÓMO SE REPRODUCEN LAS CELULAS?

CICLO CELULAR

La reproducción es una función básica de los seres vivos, es un proceso que les

permite a las especies la continuidad de la vida tanto en el tiempo porque las


[147]

perpetua, como en el espacio porque sustituye a los organismos que mueren y se

mantiene el número de individuos. La reproducción tiene una íntima relación con

la transmisión de caracteres hereditarios y la evolución de las especies.

El proceso de división celular por el cual una célula da origen a dos células

idénticas con igual dotación de cromosomas, se denomina mitosis. En el caso de

las células somáticas humanas cada célula que se divide da lugar a dos células hijas

con 46 cromosomas.

Cuando no se manifiestan los fenómenos de la división, se dice que la célula

está en el periodo de interfase, en el cual el ADN no está compactado y forma una

fina red dentro del núcleo.

La mayoría de las células del organismo se divide periódicamente, siendo

notables excepciones las neuronas y los miocitos. Para lograr esta división, ocurren

transformaciones y fenómenos que se suceden de manera cíclica, constituyendo lo

que se denomina el ciclo celular. Para dividirse, la célula ha tenido que duplicar

previamente su material genético, lo cual ocurre durante el periodo S o fase de

síntesis (de ADN), por lo que en el periodo G1, previo a la fase S, cada cromosoma

estará constituido por una simple cromátida, mientras que, después del periodo S,

en el periodo G2 los cromosomas ya aparecerán formados por dos cromátidas

unidas por el centrómero. Al final del periodo G2 ocurren las fases de la mitosis, las

cuales se suceden en un tiempo de una a dos horas.

3.26. Ciclo celular


[148]

DIVISIÓN CELULAR

Mitosis

Es un proceso continuo con fases consecutivas que se definen según las

características morfológicas que presentan los cromosomas (fig. 3.27).

En la profase, los cromosomas que ya se habían duplicado en el periodo de

síntesis de la interfase, se acortan y aparecen como bastones compactos. La

membrana nuclear deja de hacerse visible y se observan los centríolos, que

también se han duplicado, migrando uno de ellos por la periferia del núcleo hacia

el otro polo de la célula; los centríolos son los sitios donde se ensambla la tubulina,

la cual es la subunidad proteica de los microtúbulos, que forma el huso mitótico.

En la metafase, los cromosomas se colocan en el plano ecuatorial de la célula

y aparecen unidos por el centrómero con el huso acromático.

En la anafase ocurre la división longitudinal del centrómero, lo que permite

que cada cromátida se separe y, unida por su centrómero al huso acromático,

migre hacia el polo respectivo de la célula.

En la telofase se forman dos núcleos hijos (cariocinesis) y el citoplasma

también completa su división (citocinesis) mediante un plegamiento de la

membrana que comienza desde la periferia en la parte media y progresa hacia el

centro de la célula, de tal manera que finalmente se obtienen dos células hijas con

igual dotación de cromosomas y citoplasma (división ecuatorial).

La mitosis asegura la distribución exacta y equitativa de los cromosomas en

cada una de las células hijas, de modo que cada célula tenga exactamente el

mismo número y tipo de cromosomas que las demás células de la misma especie.

Esto garantiza que la información genética (juego de cromosomas) se distribuya

exactamente en cada uno de los núcleos hijos, en donde cada célula tendrá toda la

información genética para la totalidad de las características del organismo.

En los organismos pluricelulares, la división mitótica no solamente puede dar

origen a nuevos individuos por reproducción vegetativa en plantas o por

fragmentación en animales, sino que además, restituye las células muertas, sana

heridas y en algunos casos, regenera tejidos dañados o perdidos del cuerpo. En

organismos unicelulares, la mitosis es una forma de producir mucha progenie

idéntica. Esto conlleva una variabilidad mínima, formando, por su capacidad de

adaptabilidad, una ventaja en condiciones ambientales estables y una desventaja


[149]

cuando estas condiciones cambian. Los organismos unicelulares se reproducen

habitualmente mediante mitosis, así que las células hijas son exactamente iguales

a la progenitora. En este mecanismo de reproducción no interviene el sexo, por lo

que se denomina reproducción asexual. Otros tipos de reproducción asexual

ocurren también en organismos unicelulares e incluso pueden darse en organismo

superiores, como muchas plantas, en los que es un medio auxiliar de reproducción.

Con una rama de un árbol se puede obtener un árbol entero idéntico

genéticamente al original.

3.27. Fases de la mitosis

Meiosis

Un mecanismo más complejo y perfecto de reproducción es la reproducción sexual

que acontece en los organismos con diferenciación sexual y está mediada por

células gaméticas haploides que se fusionan para formar un cigoto diploide. Como

compensación, este mecanismo exige que células diploides que originan gametos,

directamente o indirectamente después de una serie de divisiones mitóticas,

lleven a cabo un tipo de división especial denominado meiosis (fig. 3.28).


[150]

La meiosis permite la reducción del número de cromosomas por medio de dos

sucesivas divisiones celulares, denominadas primera y segunda divisiones

meióticas; sólo una de ellas, la primera, es precedida de la duplicación de los

cromosomas. Los cromosomas homólogos se aparean en la primera división de la

meiosis y realizan un proceso de intercambio de material genético, denominado

entrecruzamiento (crossingover), que tiene notable importancia en la evolución y

variación genética de las especies que se reproducen sexualmente.

En la profase I, los cromosomas homólogos se aparean o sinapsan en toda su

longitud, formando los llamados cromosomas bivalentes y luego intercambian

porciones de su material en lo que constituye el punto de entrecruzamiento, el

cual se manifiesta citológicamente por los llamados quiasmas.

En la metafase I, los cromosomas bivalentes, después de haber llevado a cabo

el entrecruzamiento, se colocan en el plano ecuatorial de la célula, orientando sus

centrómeros hacia cada uno de los polos, Durante la anafase I, los dos

cromosomas de cada par se separan, dirigiéndose cada uno al polo celular

correspondiente. Esta separación de los homólogos constituye la base física de la

segregación de los alelos. En la telofase I se completa la primera división de

meiosis, la cual es seguida por la meiosis II.

En la metafase II, los cromosomas se colocan en el plano ecuatorial de la

célula y en la anafase II ocurre la división longitudinal del centrómero,

completándose la migración hacia los polos en la telofase II.

Por consiguiente, cada una de las dos células obtenidas en la meiosis I

originará a su vez otras dos, o sea, cuatro en total, cada una de ellas con un

número simple o haploide de cromosomas en condiciones normales.

ACTIVIDAD

Completa la siguiente tabla de diferencias entre mitosis y meiosis escribiendo en el espacio el enunciado correspondiente a la descripción


[151]

3.28. Fases de la meiosis

MITOSIS MEIOSIS

Ocurre en todos los tejidos en crecimiento (células somáticas)

Los cromosomas homólogos se aparean

No hay entrecruzamiento

Se producen cuatro células hijas haploides (n)

Consta de una sola división celular


[152]

3.5 ¿CÓMO SE PASA DE UNA CÉLULA A LA PLURICELULARIDAD?

Tamaño, forma y función de las células

Casi todas las células son microscópicas. Las células se miden en micras (µm), es

decir, la milésima parte de un milímetro, por tanto las células procariontes miden

entre 1-5 µm y las eucariontes de 10 a 30 µm en animales y hasta 100 µm en

vegetales (fig. 3.29). Se considera a los protozoarios como los paramecios y las

amibas organismos unicelulares complejos, ya que todas las actividades celulares

que realizan, como responder ante estímulos del ambiente, procurarse alimento,

excretar el exceso de líquido y evadir a los depredadores, las lleva a cabo cada

célula.

Las células presentan formas diversas que en general se relacionan con su

función. Por ejemplo, los espermatozoides poseen un flagelo que les da una gran

movilidad, pues su función reproductora así lo requiere; las células del músculo

esquelético contienen una red de filamentos alineados con precisión y compuestos

de proteínas contráctiles; las células del cartílago se rodean de una matriz

característica que contiene polisacáridos y la proteína colágeno, que juntos

suministran apoyo mecánico; los eritrocitos se convierten en sacos de forma

discoidal llenos de hemoglobina, que transporta oxígeno.

ACTIVIDAD

Investiga y dibuja tres o mas tipos diferentes de células humanas; compáralas entre sí de acuerdo a su función y explica porqué tienen esa estructura.


[153]

Célula procarionte. El núcleo carece de membrana nuclear, por lo que se

encuentra disperso en el citoplasma; son más pequeñas.

Célula eucarionte animal. Son más complejas y organizadas, contienen una

serie de estructuras donde se realizan las diferentes actividades celulares. Posee

un núcleo delimitado por una membrana.

Célula eucarionte vegetal. Son autótrofas, poseen cloroplastos y pared

celular.

ACTIVIDAD

El tamaño de seres vivos, células y moléculas

En esta actividad seguiremos desarrollando ideas sobre el tamaño de algunas estructuras que se estudian en la biología. En esta segunda parte pasaremos al mundo microscópico.

La gran mayoría de las células que forman a los organismos tienen un tamaño mucho menor que un milímetro. Una medida “típica” de una célula es de una centésima de milímetro (0.01 mm). Suponiendo esta medida, ¿cuántas células se requieren para formar con ellas una línea de un milímetro de largo? ________ ¿Cuántas células se requieren para formar una línea de ellas de un centímetro de largo? ________ ¿Cuantas células se necesitarán para formar una pared de un tejido

de un centímetro cuadrado? (sugerencia: 1,000 por lado serían en total, 1000 × 1000) ____________ ¿Cuántas células se necesitarán para formar un centímetro cúbico de un tejido?

(1000 × 1000 000 =) ____________________________


[154]

Aún cuando las células son, por lo general estructuras muy pequeñas, es curioso que algunas células nerviosas y musculares lleguen a alcanzar ¡una longitud de un metro! Sorprendente, ¿no?

Una unidad más apropiada para expresar estas medidas es el micrómetro (µm), que se define como la milésima parte del milímetro. En esta unidad, la medida típica de la célula citada antes, de

0.01 mm, equivale a 10 µm. Los glóbulos rojos (eritrocitos) son células que miden aproximada-

mente 8 µm.

La gran mayoría de las células vegetales y animales en tejidos están en el rango de 10 µm a

100 µm. La mayoría de las bacterias, que son animales unicelulares, tienen un tamaño en el rango

de 1 µm a 10 µm, aún cuando algunas de ellas miden tan sólo unas cuántas décimas de micrómetro. Esto puede observarse en la siguiente escala de medidas.

Un cloroplasto, organelo en células vegetales que contiene a la clorofila, tiene una dimensión

aproximada de 4 µm. Representa esta magnitud en la escala de abajo con una flecha y su nombre.

Las mitocondrias son estructuras subcelulares muy importantes que miden alrededor de 1 µm. Representa esta magnitud en la escala de arriba con una flecha y su nombre.

Algunos otros organelos de la célula que se estudiarán más adelante, tienen dimensiones menores que un micrómetro.

¿Dónde quedan los virus? No en el rango anterior ya que son todavía más pequeños.

Los virus son microorganismos no celulares, que miden menos de una décima de micrómetro

(entre 0.03 y 0.1 µm). Para expresar estas dimensiones tan pequeñas, podemos usar una unidad todavía más pequeña que el micrómetro llamado el nanómetro (nm). Un nanómetro es la milésima parte de un micrómetro. Las dimensiones de los virus se encuentran entre 30 y 100 nm.


[155]

Las moléculas, por ser constituyentes de las células, tienen magnitudes mucho menores que éstas. Las proteínas que son moléculas muy grandes, miden entre 4 y 10 nm. Los lípidos, otro tipo de moléculas, miden entre 1 y 4 nm.

Las medidas de virus y proteínas están representadas en el diagrama siguiente. Incluye las medidas de los lípidos dadas en el párrafo anterior:

Los lípidos y las proteínas se conocen como macromoléculas. Los tamaños más normales de moléculas se encuentran en el rango de 0.3 a 1 nm. Representa estas moléculas en la escala de arriba.

Aún cuando las moléculas son típicamente muy pequeñas, podemos encontrar en muchos organismos moléculas como la de AND, que pueden llegar a medir ¡hasta 2 metros! ¿Cómo crees que quepan entonces dentro de la célula?

Por último, los átomos tienen medidas de entre 0.05 y 0.4 nm. Represéntalos en la escala de arriba.

3.6. ¿CUÁL ES LA RELACIÓN TEJIDO-ÓRGANO-SISTEMA?

El cuerpo animal está compuesto de sistemas los cuales a su vez están formados

por dos o más órganos. Los órganos están compuestos de tejidos los cuales se

componen de células. Un tejido es un grupo de células y de material extracelular

que forman una unidad estructural y funcional, especializada para una tarea

específica. Los tejidos animales incluyen el tejido epitelial, conectivo, muscular y

nervioso.

• El tejido epitelial forma membranas que cubren las superficies corporales

interna y externa y también origina las glándulas


[156]

• El tejido conectivo generalmente contiene una cantidad considerable de

material extracelular e incluye a la dermis, hueso, cartílago tendones,

ligamentos, el tejido adiposo y la sangre

• El tejido muscular está especializado en el movimiento y utiliza filamentos

proteicos que se deslizan, la actina y la miosina. Existen tres tipos de tejido

muscular: el esquelético, liso y cardiaco.

• El tejido nervioso está especializado en la generación y conducción de señales

eléctricas.


[157]

LECTURAS SUGERIDAS

Bojorquez Castro, Luis (2000) La vida celular Programa Nacional de Formación de

Profesores. Asociación Nacional de Universidades e Institutos de Enseñanza

Superior

George Dreyfus (2002). La célula. SEP/Santillana. Colección Espejo de Urania.

México

Peña, Antonio. Las membranas de las células. La ciencia/ 18 desde México, 1986,

Fondo de Cultura Económica, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

Tapia, Ricardo. (1987) Las células de la mente. La ciencia/ 30 desde México. Fondo

de Cultura Económica, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología

VIDEOS RECOMENDADOS

• Gran Planeta Celular

• Cosmos de Carl Sagan

TIC’s

Bioxeo – Recursos Biología http://www.bioxeo.com/plabioca.htm Cells alive http://www.cellsalive.com Proyecto Biósfera. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/

BIBLIOGRAFÍA

Atlas de Biología. Los mecanismos de la vida; Ediciones Cultural, Madrid España

p.p.50,52,53,y 62-64.

Cervantes M. y Hernandez M. (2005) Biología General. Publicaciones Cultural 2

reimpresión. México pp. 126-141


[158]

Loewy y Siekevitz; (1983); Estructura y Función Celular. CECSA, México; 572

páginas.

Lodish, Harvey (2005). Biología Celular y Molecular 5ª edición de Editorial Medica

Panamericana

Overmire. (2003). Biología. Ed. Limusa México. 611páginas.

Smallwood,N.L.y Green, E.(1991) .Biología.21.reim. Ed Publicaciones Cultural,

México. pp. 97-117

Salomón B Martín. (2001) Biología 3ª edición Ed Mc Graw-Hill pp. 75-95

Valdivia, B. Granillo y P, Villarreal, M.S. (2006) Biología, La vida y sus procesos. Ed.

Publicaciones Cultural. México.pp. 70-100

Vázquez C. R. (2004). Biología. Bachillerato General Publicaciones Cultural Primera

Edición. México. pp. 72-125

Ville, C. A. (1990) Biología. Ed. McGraw Hill Interamericana de México.


[159]

BLOQUE 4 Herencia y variación


[160]


[161]



• Se reconoce y valora a si mismo y aborda problemas y retos teniendo en cuenta los objetivos que se persigue.

• Elige y practica estilos de vida saludables.


• Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados.


• Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos.

• Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva.





Participa con responsabilidad en la sociedad

• Participa con una conciencia cívica y ética en la vida de su comunidad, región, México y el mundo.


[162]

4.1 ¿CUÁLES HECHOS HISTÓRICOS CONDUJERON AL ESTUDIO DE LA

GENÉTICA?

LAS IDEAS PREMENDELIANAS

Desde la antigüedad, el ser humano sabe que “lo semejante engendra lo

semejante”; o sea, que los hijos se parecen a los padres. Esta tendencia de

parecernos a nuestros padres se conoce como herencia. La ciencia que estudia la

herencia y variación, y las leyes que rigen las similitudes y diferencias entre los

sujetos con ascendientes comunes se llama Genética.

A lo largo de la historia de la humanidad se desconocían los detalles científicos

de cómo funcionaba la herencia. Se procreaba y se observaba cierta semejanza

entre padres e hijos, pero los mecanismos no eran conocidos. Los filósofos griegos

sostenían varias ideas: Hipócrates (460-377 a. C.) enunció la teoría de la

pangénesis, según la cual cada parte del organismo enviaba su información

hereditaria a los órganos reproductores, y posteriormente la información de

ambos padres se mezclaba como un fluido. Aristóteles pensaba que el semen

masculino y el flujo menstrual se mezclaban en la concepción, mientras que otros

ni siquiera consideraban que este tipo de mezclas eran necesarias, las formas

"simples" (gusanos, moscas, etc.) nacían por generación espontánea.

Durante el siglo XVIII, el holandés Anton van Leeuwenhoek descubre

"animáculos" en el esperma humano y de otros animales. Algunos otros, como los

espermistas, imaginaron ver a un "pequeño hombrecito" al que llamaron

homúnculo, dentro de cada espermatozoide (Fig. 4.1) y afirmaban que la hembra

sólo proveía el ambiente para el desarrollo de la futura generación. Por el

contrario, la escuela ovista pensaba que el futuro ser se encontraba dentro del

óvulo, y que el esperma solo lo estimulaba.

En el siglo XIX, la teoría de la mezcla explicaba que la unión de óvulos y

espermatozoides producía una descendencia que era una "mezcla" de los rasgos

de los padres.

EL EXPERIMENTO DE MENDEL

Se podría decir que el nacimiento de la Genética ocurrió cuando el fraile agustino

Gregor Mendel (1822-1884) realizó experimentos acerca de la herencia en

chícharos (Fig. 4.2) y en 1865 presentó su investigación a la Sociedad de Historia


[163]

Natural de Brünn (actual República Checa), con el título Experimentos en

Hibridaciones de Plantas.

Mendel cimentó las bases de la Genética actual explicando que los rasgos

heredables son contenidos en unidades discretas, llamadas genes, que se heredan

por separado en cada generación. No fue hasta 1930 cuando se comprendió

completamente el alcance de su obra, específicamente en relación con la teoría de

la evolución de Darwin.

Mendel seleccionó para su investigación siete rasgos del chícharo: textura y

color de la semilla, posición y color de la flor, forma y color de la vaina y longitud

del tallo (tabla 4.1)

Tabla 4.1. Los siete rasgos del chícharo que estudió Mendel

Mendel ideó un mecanismo para simbolizar y comprender la transmisión de

los rasgos hereditarios. Empleó un par de letras que representan los genes que

intervienen en cada rasgo estudiado. Por ejemplo, en el tamaño de la planta, la

letra “A” mayúscula representa al gen para tallo alto, que es un rasgo dominante,

mientras que la letra “a” minúscula refiere al gen para el tallo bajo que

corresponde a un rasgo recesivo.


[164]

Fig. 4.1 El homúnculo

Fig. 4.2 Gregor Mendel

4.2 ¿QUÉ DIFERENCIAS Y SIMILITUDES ENCONTRAMOS EN LOS CONCEPTOS DE LA GENÉTICA?

La genética actual, a partir del trabajo de Mendel, expone varios conceptos básicos

para la comprensión de los mecanismos de la herencia:

El fenotipo es la apariencia de un organismo, todo lo que podemos observar

como resultado de la expresión de la información genética. Por ejemplo, el color

de cabello, color de piel, altura, color de ojos, posición de las flores, forma de la

hoja, etc. Por otro lado, el genotipo es la constitución genética de un organismo

que determina al fenotipo y que no es observable directamente, aunque se puede

inferir al analizar las proporciones fenotípicas.

Los genes alelos son determinados segmentos de ADN que determinan un

rasgo hereditario. Cada gen se ubica en uno de los cromosomas homólogos, lo que

permite su segregación en distintos gametos durante la meiosis. En el ejemplo

anterior, los genes “A” y “a” son alelos porque ambos codifican para la misma

característica (tamaño de la planta), aunque con expresiones distintas: alta y baja,

respectivamente. Además, cada gen se ubica en un cromosoma del par homólogo,

en un lugar físico específico, conocido como locus. Los cromosomas homólogos

tienen los mismos genes, ubicados en los mismos loci (plural de locus).


[165]

Cuando un organismo tiene alelos iguales, se dice que el genotipo es

homocigoto, dominante y recesivo, el primero tiene sólo alelos dominantes (AA) y

el segundo lleva sólo alelos recesivos (aa). Cuando el individuo porta alelos

distintos (Aa), su genotipo es heterocigoto.

Para facilitar la notación, el cruzamiento inicial entre dos variedades se llama

generación paterna, o P1, y su descendencia, ya fuese para la forma de las semillas

o para las plantas, se llama primera generación filial, o F1. Las generaciones

sucesivas a partir de este cruzamiento se denominan F2 y así sucesivamente.

4.3 ¿EN QUÉ CONSISTEN LAS LEYES, ESTABLECIDAS POR MENDEL, SOBRE LA HERENCIA?

Primera ley - Ley de la uniformidad de la primera generación

Al cruzar entre sí individuos de razas puras distintas para un determinado carácter,

se obtiene una generación de individuos híbridos, genéticamente iguales para ese

carácter y cuyo fenotipo es producto del carácter dominante.

Segunda ley - Ley de la segregación de los caracteres

Los alelos de un carácter en los híbridos de la primera generación se segregan

durante la formación de los gametos sin mezclarse y se reúnen de nuevo de todas

las formas posibles en la fecundación para originar a los individuos de la segunda

generación (fig. 4.3).

Tercera ley - Ley de la herencia independiente de los caracteres

Cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a los descendientes con

absoluta independencia de los demás (fig. 4.4)

Cruzamiento de prueba

Al cruzar un fenotipo con el padre homocigoto recesivo se puede determinar

el genotipo desconocido. Si se producen dos fenotipos distintos quiere decir que el

progenitor desconocido era heterocigoto para ese carácter. Si por el contrario

aparece un solo fenotipo entonces es homocigoto (fig. 4.5).


[166]

Fig. 4.3 Primera y segunda leyes de Mendel Fig. 4.4 Tercera ley de Mendel

Fig. 4.5 Cruzamiento de prueba


[167]

ACTIVIDAD

1. Realiza un collage que muestre a personas de 5 distintas nacionalidades.

2. En tu libreta, observa y enlista las diferencias físicas encontradas en ellas.

3. Realiza un cuadro comparativo de las diferentes características fenotípicas de cada una de las personas del collage y relaciónalas con las leyes de Mendel y con los conceptos estudiados de la Genética.

4.4 ¿QUÉ DIFERENCIA HAY ENTRE LOS PATRONES HEREDITARIOS MENDELIANOS Y LOS NO MENDELIANOS?

Los principios establecidos por Mendel se agrupan en un modelo genético

denominado herencia mendeliana. Esto implica que los patrones hereditarios,

tanto rasgos normales como alteraciones hereditarias, se rigen por las leyes de

Mendel (por ejemplo, herencia autosómica dominante y recesiva, determinación

del sexo).

Por otro lado, aquellos rasgos que no las cumplen dichas leyes quedan

incluidos en la herencia no mendeliana. Por ejemplo, herencia ligada al sexo,

herencia multifactorial, alelos múltiples, codominancia, herencia intermedia,

poligenia.

HERENCIA MENDELIANA

Herencia autosómica dominante

Sólo se necesita uno de los genes para que se exprese una mutación (Fig. 4.6). Si

una persona tiene un alelo dominante defectuoso desarrollará la enfermedad. Se

conoce como autosómica porque el gen se encuentra en un cromosoma somático

o autosoma. La anomalía será más extrema o severa en los individuos homocigotos

que en los heterocigotos. Se heredan de esta forma: braquidactilia, acondroplasia,

enfermedad de Hutington, polidactilia y aniridia.

Herencia autosómica recesiva

Se expresa únicamente cuando en el genotipo de un individuo están los dos alelos

recesivos que pueden ser normales o mutados (Fig. 4.7). Casi todas las


[168]

enfermedades causadas por la falta de una enzima esencial, se heredan de esta

forma. Los portadores son heterocigotos para el gen puesto que llevan un alelo

normal y otro alterado. Son personas fenotípicamente normales pero que pueden

transmitir su alelo defectuoso a sus hijos.

Se heredan de forma autosómica recesiva la anemia drepanocítica (o

falciforme), albinismo, fenilcetonuria y fibrosis quística, entre otras.

Fig. 4.6 Herencia autosómica dominante

Fig. 4.7 Herencia autosómica recesiva

Determinación del sexo

Existen dos tipos de cromosomas: autosomas que contienen genes que

determinan las características somáticas, y cromosomas sexuales, que definen los

caracteres sexuales. En el humano, cuya dotación cromosómica es de 46, cada

célula somática contiene 22 pares de autosomas más un par XX si se trata de una

mujer (homogaméticas) y 22 pares de autosomas y un par XY si se trata de un

varón (heterogaméticos).

En la mujer ocurre la inactivación de uno de los cromosomas X (que resulta en

la formación del corpúsculo de Barr observado en los núcleos interfásicos),

proceso que mantiene el equilibrio génico en ambos sexos al igualar el contenido

de ADN cromosómico activo.

La determinación del sexo ocurre en la fecundación y depende de los gametos.

Al ser aleatoria, un óvulo puede ser fecundado por cualquiera de los dos tipos de

espermatozoides que se han producido, por lo que en el 50% de los casos se

formarán mujeres y en el otro 50% se formarán hombres (fig. 4.8).


[169]

Fig. 4.8 Determinación del sexo

HERENCIA NO MENDELIANA

Herencia intermedia

Al cruzar distintas líneas puras entre sí (dominantes y recesivas), se obtiene en la

primera generación individuos con un rasgo intermedio al de los dos progenitores

puros. Por ejemplo, en la camelia, al cruzarse plantas con flores rojas con plantas

con flores blancas la F1 resulta de color rosa. Si éstas se cruzan entre sí, en la F2 se

produce 25% de plantas de flores rojas, 50% de flores rosadas y 25% de flores

blancas, con lo que se obtiene una proporción fenotípica de 1:2:1 (Fig. 4.9). Esto

ocurre porque uno de los alelos para el color ejerce una dominancia incompleta

sobre el otro alelo. Otros rasgos con herencia intermedia son la braquidactilia y

anemia falciforme.

Genes ligados

Los genes se separan independientemente durante la meiosis; sin embargo,

existen grupos de genes en un mismo cromosoma. Un ejemplo de ligamiento lo

constituyen los genes del grupo sanguíneo Rh y los genes HLA (complejo de

histocompatibilidad)


[170]

Fig. 4.9 Herencia intermedia Fig. 4.10 Genes ligados

Por ejemplo, en el chícharo dulce (Fig. 4.10), el color de flor púrpura (P)

domina sobre el rojo (p), y la forma larga de polen (L) domina sobre la redonda (l).

Cuando un chícharo homocigoto de polen largo y de flor púrpura se cruza con uno

de polen redondo y de flor roja, toda la F1 tiene flores púrpuras y polen largo.

Así los fenotipos de la F2 no se presentan como 9:3:3:1, sino que tienen 75%

de plantas de polen largo y flor púrpura y 25% de polen redondo y flor roja. Sin

embargo, los genes para el color de la flor y la forma del polen están en el mismo

cromosoma de tal manera que los genes se distribuyen juntos durante la meiosis y

se heredan juntos.


[171]

Herencia ligada al sexo

Existen rasgos determinados por genes que se encuentran en cualquiera de los dos

cromosomas sexuales: X o Y. Por esta razón, las proporciones que se obtienen en

la descendencia, así como los mecanismos por los cuales se heredan, cambian

respecto a los genes que se encuentran en los cromosomas somáticos.

En este tipo de herencia, los genes anómalos se hallan en el cromosoma X y

son dominantes sobre los mutados, por lo que se debe tener el gen dañado en

dosis doble (homocigosis) para que se produzca la enfermedad (Fig. 4.11). Las

mujeres con fenotipo normal pueden no llevar el gen (homocigotas dominantes), o

llevar uno normal y uno dañado (heterocigota o portadora). Si una mujer

portadora se une a un hombre sano, en cada fecundación tendrá una probabilidad

del 25% de hijas sanas (que no lleven el gen), 25% de hijas portadoras

(heterocigotas), 25% de hijos sanos (su cromosoma X lleva el gen dominante) y

25% de hijos enfermos (su cromosoma X lleva el alelo dañado).

Fig. 4.11 Herencia ligada al cromosoma X:

daltonismo

Fig. 4.12 Experimento de Morgan


[172]

El descubrimiento de los genes ligados al sexo fue hecho en 1910 por Thomas

H. Morgan en la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster (Fig. 4.12). Esta mosca

posee características externas claramente observables. Una de ellas es el color de

ojos. El color natural o silvestre es rojo, pero hay una serie de variantes en este

rasgo hereditario. Morgan estudió esta característica y observó que algunas

moscas tenían ojos de color blanco. A través de sus investigaciones logró

determinar qué ese rasgo estaba ligado al cromosoma X.

En sus trabajos, Morgan cruzó machos de ojos blancos con hembras de ojos

rojos. En la F1, todos los individuos de ambos sexos tenían ojos rojos Cuando las

moscas de la F1 se cruzaron entre sí, el 25% de los descendientes de la F2

presentaron ojos blancos y el 75% restante ojos rojos. Estos resultados permiten

inferir que el rasgo de color de ojos está controlado por dos alelos, en donde el

gen que determina el color rojo es dominante sobre el gen para el color blanco.

Si se analiza el sexo y color de ojos de los individuos de la F2, se puede

comprobar que todas las hembras son de ojos rojos, en tanto que los machos, sólo

la mitad es de ojos de color rojo y la otra mitad, de color blanco.

Las moscas de ojos blancos tienen alelos puros para ese rasgo, ya que originan

solo progenie con ojos blancos. En cambio, las moscas hembras de ojos rojos

pueden tener genes para ojos de color rojo o blanco, ya que la descendencia

obtenida de ellas presenta las dos características.

ACTIVIDAD

Lee material bibliográfico, subraya y elabora un cuadro sinóptico sobre los trabajos de Morgan,

destacando la teoría cromosómica y su influencia en la determinación del sexo; así como las

posibles mutaciones que se puedan generar.

Codominancia y alelos múltiples

Los alelos múltiples son una condición en la que hay más de dos alelos alternativos

probables que definen ciertos rasgos. Un ejemplo clásico son los alelos del sistema

de grupos sanguíneos ABO (Tabla 4.2 y Fig. 4.13) y los del complejo de

histocompatibilidad (HLA). Los alelos múltiples se originan por diferentes


[173]

mutaciones en un mismo gen. Los 4 grupos sanguíneos, A, B, AB u O, son

consecuencia de tres distintos alelos de un sólo gen (iA, iB e iO). A su vez, los

alelos iA e iB son codominantes sobre iO que es recesivo, es decir, ambos son

fenotípicamente detectables en heterocigosis por lo que tienen sangre tipo AB.

Tabla 4.2 Grupos sanguíneos

Fig. 4.13 Codominancia y alelos múltiples

Poligenia y herencia multifactorial

En la poligenia, muchos rasgos están controlados por más de un gen, debido a un

efecto acumulativo de los genes que determinan la característica. Se heredan de

esta forma la altura, peso, metabolismo, color de ojos y piel, muchas formas de

comportamiento, etc.

La herencia poligénica se expresa como graduaciones de pequeñas diferencias

fenotípicas. Por ejemplo, el color de piel obedece a la concentración de melanina

en la piel. Supóngase que el grupo de genes que controla la cantidad de melanina

consta de 4 alelos. Los alelos dominantes AABBCCDD producen la mayor cantidad

de melanina y piel más oscura. Los genes recesivos aabbccdd producen una menor

cantidad de melanina y en consecuencia una piel clara. Los descendientes de la

unión entre una persona de piel negra y una de piel clara heredarían los genes


[174]

AaBbCcDd; por lo tanto deberían tener una piel de color intermedio (mulato). Sin

embargo, hay numerosas variaciones posibles en cuanto al color de piel debido a

los numerosos tipos de gametos posibles a partir de una combinación genética tal

como AaBbCcDd: ABCD, abcd, AbCd, aBcD, etc.

Además, el ambiente influye sobre muchos rasgos poligénicos. A la suma de

los factores herencia-ambiente se le conoce como herencia multifactorial. Entre

los padecimientos que se heredan en forma multifactorial se encuentran la

mayoría de los defectos del nacimiento: labio y paladar hendido, defectos del tubo

neural, luxación congénita de cadera, estenosis pilórica, cardiopatías, etc y muchos

padecimientos sistémicos: lupus eritromatoso, diabetes mellitus, esquizofrenia,

epilepsia, hipertensión arterial, psicosis maniacodepresiva.

PROBLEMARIO Resuelve en tu libreta los siguientes problemas de genética. Léelos con detenimiento y razona el patrón hereditario. 1. Un varón de ojos azules se casa con una mujer de ojos pardos. La madre de la mujer era de

ojos azules, el padre de ojos pardos y tenía un hermano de ojos azules. Del matrimonio nació un hijo con ojos pardos. Razonar cómo será el genotipo de todos ellos, sabiendo que el color pardo domina sobre el color azul. Elabora un árbol genealógico para explicarlo.

2. En la especie vacuna, la falta de cuernos F, es dominante sobre la presencia f. Un toro sin

cuernos se cruza con tres vacas: a) Con la vaca A que tiene cuernos se obtiene un ternero sin cuernos. b) Con la vaca B también con cuernos se produce un ternero con cuernos. c) Con la vaca C que no tiene cuernos se produce un ternero con cuernos. ¿Cuáles son los genotipos del toro y de las tres vacas y qué descendencia cabría esperar de estos cruzamientos?

3. Un perro de pelo negro, cuyo padre era de pelo blanco, se cruza con una perra de pelo gris,

cuya madre era negra. Sabiendo que el color negro del pelaje domina sobre el blanco en los machos, y que en las hembras negro y blanco presentan herencia intermedia, explicar cómo serán los genotipos de los perros que se cruzan y tipos de hijos que pueden tener respecto del carácter considerado.

4. Un ratón A de pelo blanco se cruza con uno de pelo negro y toda la descendencia obtenida es

de pelo blanco. Otro ratón B también de pelo blanco se cruza también con uno de pelo negro y se obtiene una descendencia formada por 5 ratones de pelo blanco y 5 de pelo negro. ¿Cuál de los ratones A y B será homocigoto y cuál heterocigoto? Razona la respuesta.


[175]

5. ¿Qué proporción genotípica cabe esperar en un matrimonio entre un hombre daltónico y una mujer portadora? ¿Qué proporción de daltónicos cabe esperar en la familia si tiene ocho hijos?

6. Si los padres tienen, uno sangre tipo A y, el otro, A ¿qué posibilidades hay de que tengan un

hijo con el tipo sanguíneo O? Fundamente tu respuesta 7. Se cruzan tomates rojos híbridos y de tamaño normal homocigotos con la variedad amarilla

enana. ¿Qué proporción de tomates rojos que salen en la F2 serán enanos? (Los alelos dominantes son rojos y el tamaño es normal).

8. Se cruzan dos plantas de flores color naranja y se obtiene una descendencia formada por 30

plantas de flores rojas, 60 de flores naranja y 30 de flores amarillas. ¿Qué descendencia se obtendrá al cruzar las plantas de flores naranjas obtenidas, con las rojas y con las amarillas también obtenidas? Razona los tres cruzamientos.

9. El color rojo de la pulpa del tomate depende de la presencia de un factor R dominante sobre su

alelo r para el amarillo. El tamaño normal de la planta se debe a un gen N dominante sobre el tamaño enano n.

10. Se cruza una planta de pulpa roja y tamaño normal, con otra amarilla y normal y se obtienen: 30

plantas rojas normales, 31 amarillas normales, 9 rojas enanas y 10 amarillas enanas. Cuáles son los genotipos de las plantas que se cruza. Comprobar el resultado realizando el cruzamiento

11. La aniridia (dificultades en la visión) en el hombre se debe a un factor dominante (A). La jaqueca

es debida a otro gen también dominante (J). Un hombre que padecía de aniridia y cuya madre no, se casó con una mujer que sufría jaqueca, pero cuyo padre no la sufría. ¿Qué proporción de sus hijos sufrirán ambos males?

4.5 ¿QUÉ ES UNA MUTACIÓN?

En 1902, Hugo De Vries, estudiando herencia mendeliana en la "hierba del asno",

descubrió que aparecían rasgos que no estaban en los antecesores de las plantas,

concluyó que estos rasgos surgían por un cambio del factor que determinaba el

carácter (gen) y que este cambio se transmitía a la descendencia. A este cambio lo

denominó mutación.

Las mutaciones junto con la recombinación genética aumentan la variabilidad

genética de las especies, lo que contribuye a su adaptación al medio ambiente y,

en definitiva, a la evolución de las mismas. Si no existieran las mutaciones no

existiría la gran biodiversidad planetaria.


[176]

De acuerdo al dogma central de la biología, la información genética reside en

el ADN, al cambiar la información genética, también lo hará la secuencia de

aminoácidos en las proteínas formadas.

Por lo general, el ADN es una molécula estable y tiene la facultad de mantener

la información genética. Las alteraciones que se producen generalmente son

corregidas a través de diferentes mecanismos de reparación; no obstante, pueden

generarse cambios en la secuencia de bases.

Las mutaciones ocurren al azar y espontáneamente. Podemos establecer dos

grandes grupos de mutaciones en relación con el tipo de células en las que se

producen: somáticas y germinales. Los mutágenos inducen varias clases de

cambios heredables perjudiciales o benéficos y pueden ser: físicos (rayos

ultravioleta, X, gamma), químicos (agentes alquilantes, oxidantes) y biológicos

(virus y transposones).

TIPOS DE MUTACIONES

Las mutaciones pueden darse en tres niveles diferentes: molecular (génicas o

puntuales), cromosómico y genómico

MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES

Las mutaciones a nivel molecular son llamadas génicas o puntuales y afectan la

constitución química de los genes (Tabla 4.3). Se originan por:

Sustitución. Donde debería haber un nucleótido se inserta otro. Por ejemplo,

en lugar de la citosina se instala una timina.

Inversión, mediante dos giros de 180° dos segmentos de nucleótidos de

hebras complementarias se invierten y se intercambian.

Translocación. Ocurre un traslape de pares de nucleótidos complementarios

de una zona del ADN a otra

Desfasamiento. Al insertarse (inserción) o eliminarse (delección) uno o más

nucleótidos se produce un error de lectura durante la traducción que conlleva a la

formación de proteínas no funcionales.


[177]

Tabla 4.3 Mutaciones puntuales o génicas

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

El cambio afecta a un segmento de cromosoma (mayor de un gen), por tanto a su

estructura. Estas mutaciones pueden ocurrir por:

Delección. Es la pérdida de un segmento cromosómico, que puede ser terminal o

intercalar (Fig. 4.15). Cuando ocurre en los dos extremos, la porción que porta el

centrómero une sus extremos rotos y forma un cromosoma anular (Fig. 4.14).

Inversión. Cuando un segmento cromosómico rota 180° sobre sí mismo y se coloca

en forma invertida, por lo que se altera el orden de los genes en el cromosoma

(Fig. 4.15).

Translocación. Intercambio de segmentos entre cromosomas no homólogos, que

puede ser o no recíproca (Fig. 4.16). Algunos tipos de translocaciones producen

abortos tempranos. También se pueden formar portadores de trisomías como la

del 21 (síndrome de Down); al translocarse todo el cromosoma 21 a otro

cromosoma como el 14 (14/21), los gametos de esa persona llevarán el

cromosoma translocado más uno normal, por lo que al fecundarse con el gameto

contrario, el producto resultante tendrá tres cromosomas 21.

Isocromosomas. Estos se forman cuando el centrómero, en lugar de dividirse

longitudinalmente, lo hace en forma transversal (Fig. 4.17)


[178]

ACTIVIDAD

La anemia falciforme es una enfermedad que se debe a una mutación en un nucleótido del gen que tiene información para la fabricación de la hemoglobina. A partir del alelo mutado se generan moléculas de hemoglobina anormales. La secuencia de ADN que se muestra a continuación pertenece al gen que tiene la información para fabricar un fragmento de la hemoglobina normal:

GTGCACCTGACTCCTGAGGAG CACGTGGACTGAGGACTCCTC

a. Utilizando la tabla del código genético escribe la secuencia de aminoácidos que se sintetiza a partir de la hebra inferior del ADN.

Secuencia de ARNm:

Secuencia proteica:

Acuérdate que la hebra de ARNm obtenido a partir de “leer” la hebra inferior del ADN es de secuencia igual a la hebra superior, sólo que en vez de T tiene U.

b. El fragmento de proteína que figura a continuación pertenece a la hemoglobina falciforme.

Val-His-Leu-Trip-Pro-Val-Glu Compara esta secuencia con la anterior y determina cuál es el nucleótido que sufrió la mutación responsable de la anemia falciforme

¿De los tres tipos principales de mutación que existen ésta es de tipo? _______________________

¿Y a la vez a cual subtipo pertenece? ____________________________

¿Qué sucedió? ___________________________________________________________________


[179]

Fig. 4.14 Formación de cromosomas anulares

Fig. 4.15 Delección, duplicación e inversión

Fig. 4.16 Translocación Fig. 4.17 Formación de isocromosomas

MUTACIONES GENÓMICAS

Euploidía.

Afecta a todo el genoma, aumentando el número de juegos cromosómicos

(poliploidía) o reduciéndolo a una sola serie (haploidía o monoploidía). Son causa-

das por errores en la separación de los pares de cromosomas homólogos durante

la meiosis, no separándose ninguno de estos. Los organismos poliploides gene-

ralmente son más grandes y vigorosos, y frecuentemente presentan gigantismo.

En numerosas plantas cultivadas esto se ha capitalizado, especialmente donde el

tamaño de hojas, semilla, fruto o flor es económicamente importante, por ejemplo

en alfalfa, tabaco, café, plátano, manzana, pera, lila y crisantemo.


[180]

Aneuploidía

Afecta al número de cromosomas individualmente. Se debe al fenómeno de no

disyunción, que ocurre durante la meiosis cuando los cromosomas homólogos no

se separan y ambos se incorporan a un mismo gameto (Fig. 4.18). Cuando este

gameto fecunda a otro se originará un cromosoma triplicado (trisomía); de igual

forma también habrá gametos que tendrán un cromosoma menos y, por ello,

cuando fecunden a otro normal, el individuo tendrá un cromosoma menos

(monosomía)

Fig. 4.18 La no disyunción produce monosomías y

trisomías

Fig. 4.19 Trisomías y monosomías en cromosomas sexuales

Trisomías. La trisomía del cromosoma 21 produce el síndrome de Down (47, XX +

21 ó 47, XY + 21). Los afectados tienen retardo mental en diferente grado, corazón

defectuoso, baja estatura, párpados rasgados, boca pequeña, lengua salida, cráneo

ancho y marcha lenta. Las mujeres son fértiles y los transmiten al 50% de su

progenie; los hombres son estériles.

Los cromosomas sexuales también pueden afectarse por una trisomía (Fig.

4.19). Los individuos afectados por el síndrome de Klinefelter (47, XXY) son varones

estériles con rasgos femeninos y retraso mental. Son fértiles, altos y de conducta

controversial. Sus células tienen un número anormal de cuerpos de Barr. En el

síndrome triequis o metahembras (47, XXX) son mujeres fértiles de apariencia

normal pero con tendencia al retardo mental. En la polisomía XYY (47, XYY) Los


[181]

afectados presentan estatura elevada, acné, un tamaño mayor de dientes,

conducta agresiva y la espermatogénesis puede o no estar alterada.

Monosomías. La falta de un cromosoma produce una monosomía conocida como

el síndrome de Turner (45, X) que ocurre en mujeres quiénes desarrollan baja

estatura, dobleces característicos en el cuello y retardo mental moderado (Fig.

4.19). En la pubertad no menstrúan ni desarrollan caracteres sexuales secundarios.

No presentan cuerpo de Barr como las mujeres normales, pues el único

cromosoma X que presentan está activado.

4.6 ¿CUÁLES SON LAS APLICACIONES MÁS IMPORTANTES DE LA GENÉTICA?

La domesticación, la elaboración de la cerveza y vino, y la fabricación de pan,

queso y yogurt son técnicas de la biotecnología que el hombre ha aplicado desde

la antigüedad. Hoy en día, diversos organismos se han manipulado genéticamente

en el laboratorio.

Consejo Genético

La práctica del asesoramiento o consejo genético es muy importante en la

prevención de enfermedades hereditarias y síndromes con malformaciones

congénitas (que se presentan al nacimiento).

El equipo que lo imparte está conformado por varios especialistas (ginecobs-

tetras, psicólogos, endocrinólogos, cirujanos, trabajadores sociales, etc), coordina-

dos por un genetista. Para impartir consejo genético se deben tener en cuenta los

aspectos médicos y psicológicos tanto del paciente como de su familia. El estudio

deberá explicar cuál será la evolución del defecto de nacimiento o enfermedad por

la que se consulta, sobre el manejo terapéutico, dietético o de rehabilitación y,

sobre todo, informar sobre las medidas preventivas que pueden tomarse.

Las causas más frecuentes para solicitar asesoramiento genético son: personas

que sufren un padecimiento genético, parejas con un hijo afectado, familias con

parientes afectados, aborto de repetición, consanguinidad y mismo grupo étnico.

Algunos trastornos genéticos se pueden descubrir antes del nacimiento por

medio de una serie de pruebas que constituyen el diagnóstico prenatal. Entre

estos procedimientos está la amniocentesis, que consiste en tomar una muestra

de líquido amniótico que se analiza por medio de un cariotipo, detectándose


[182]

cualquier anomalía cromosómica numérica o estructural. La fetoscopía, que

permite ver al feto por medio del endoscopio, y la ultrasonografía, que utiliza

ondas de sonido de alta frecuencia para producir una imagen del feto en una

pantalla, es de gran valor para el diagnóstico de algunas malformaciones fetales. Al

confirmar el diagnóstico se toman las medidas terapéuticas y preventivas

requeridas, tales como restricciones dietéticas, administración de enzimas,

trasplantes de células, manipulación genética y tratamiento quirúrgico prenatal,

entre otras.

CARIOTIPO HUMANO

El cariotipo es una fotografía o representación gráfica de los cromosomas indi-

viduales ordenados en un formato normatizado que muestra el número, tamaño y

forma de cada tipo de cromosoma (Figs. 4.20, 4.21 y 4.22; Tabla 4.4). Se usa para

correlacionar anormalidades cromosómicas con determinadas enfermedades.

Fig. 4.20 Tipos morfológicos de cromosomas

Tabla 4.4. Clasificación de Denver para los cromosomas humanos

grupo pares de

cromosomas características morfológicas

A 1 – 3 metacéntricos grandes y submetacéntricos

B 4 – 5 submetacéntricos grandes

C 6 – 12 y X submetacéntricos medianos

D 13 – 15 acrocéntricos medianos

E 16 – 18 submetacéntricos cortos

F 19 – 20 metacéntricos cortos

G 21 – 22 y Y acrocéntricos muy pequeños

Fig. 4.21 Morfología cromosómica

Fig. 4.22 Cariotipo de una mujer normal- 46, XX


[183]

ACTIVIDAD

Construye tu árbol genealógico. Un árbol genealógico o genograma es un gráfico que muestra las relaciones de parentesco y la transferencia de los rasgos hereditarios a través de varias generaciones en una familia. Se elabora con el fin de detectar algunas anomalías genéticas y para establecer las probabilidades que tiene un padre de procrear un hijo con un rasgo determinado. El análisis genealógico puede detectar la herencia autosómica dominante y recesiva, y la herencia ligada al sexo así como pueden observarse las relaciones de consanguinidad y la unión entre personas estrechamente relacionadas. En las familias reales puede observarse en sus genogramas un alto grado de consanguinidad, ya que era tradicional y beneficioso casarse entre los miembros de la realeza. Los consejeros genéticos emplean la genealogía para determinar en las parejas si serán capaces de producir hijos sanos.

Expón tu árbol genealógico explicando el fenotipo entre los familiares presentados y el origen posible de las enfermedades, refiriendo las leyes de Mendel y, específicamente, a la transmisión de caracteres hereditarios (genotipo).


[184]

PROYECTO GENOMA HUMANO

El Proyecto Genoma Humano (PGH) se inició en 1988 y se concluyó en el 2004.

Consistió en obtener la secuencia completa de más de 3,000 millones de pares de

bases del ADN del genoma humano, codificada en 23 pares de cromosomas

contenidos en cada una de las células del cuerpo. Se estima que, en total, deben

ser unos treinta mil genes.

En los últimos años la localización de genes ha tenido un notable avance, pues

en 1990 ya se habían localizado más de 600. Es importante hacer notar que para

algunos cromosomas las investigaciones han resultado muy fructíferas, como es el

caso del cromosoma X.

INGENIERÍA GENÉTICA

Es un conjunto de técnicas cuyo objetivo principal es la creación de nuevas

combinaciones genéticas basándose en la manipulación directa del ADN.

ADN Recombinante

A fines de los 70’s, la genética entró en una “nueva era” con el descubrimiento y

uso de las endonucleasas o enzimas de restricción, que cortan el ADN en lugares

específicos. De esta manera se pudo manipular y formar una molécula de ADN con

una secuencia conocida, dando como resultado una molécula denominada ADN

recombinante (Fig. ). Este fue la base para el impulso de dos nuevas ramas de la

Genética: la ingeniería genética y la biotecnología.

Se han transferido genes de mamíferos a bacterias, que así producen

proteínas de gran importancia económica, como la insulina, la hormona del

crecimiento y el interferón (tabla ). También se han desarrollado microorganismos

que degradan el petróleo, proceso de gran importancia ecológica.

Transgénicos

Es la inserción de genes de un organismo a otro para mejorar su expresión. El

proceso consiste en la transferencia de un gen responsable de determinada

característica en un organismo, hacia otro al cual se pretende incorporar esta

característica. Los organismos transgénicos (llamados organismos genéticamente

modificados, OGM) han sido manipulados genéticamente en el laboratorio para

aumentar la productividad y rendimiento económico de cultivos como maíz, papa,


[185]

tomate, chícharo, soya o algodón, así como del ganado vacuno y ovino. A partir de

estos organismos se elaboran alimentos llamados productos transgénicos.

Los beneficios que se alcanzan aplicando ingeniería genética a las plantas son:

• Adaptación a condiciones desfavorables: temperaturas extremas, salinidad,

sequía, metales presentes en niveles tóxicos

• Resistencia a herbicidas menos contaminantes para el medio ambiente.

• Cualidades nutricionales mejoradas, como perfil de ácidos grasos.

• Características funcionales mejoradas, como disminución de perecibilidad o

mayor vida en el estante.

• Resistencia a enfermedades y plagas que reduzca el requerimiento de

agroquímicos.

En animales, se producen vacas que segregan en su leche una proteína

humana, o que tengan un contenido menor de lactosa; cerdos con genes que

sinteticen hemoglobina humana, para usarla como sustituto de la sangre; cabras

cuya leche contenga el activador tisular del plasminógeno humano que disuelve los

coágulos sanguíneos y se utiliza en el tratamiento de enfermos con cardiopatías.

ACTIVIDAD

El caso de la nuez del Brasil. El propósito de la actividad es analizar beneficios y riesgos de salud por la aplicación de nuevas tecnologías.

1. Lee con atención la siguiente noticia:

La soya es una leguminosa de origen asiático que tiene muchos beneficios para la salud.

Posiblemente es el alimento natural con mayor contenido en proteínas, vitaminas y minerales, lo

que le da una extraordinaria capacidad para nutrir. Una empresa creó soya transgénica rica en

metionina para elevar su valor nutricional, ya que es pobre en este aminoácido. Para ello se usó un

gen procedente de a nuez de Brasil.

Sin embargo, dado que un porcentaje de la población es alérgica a la nuez de Brasil, antes de

sacar al mercado la soya, se hicieron varias pruebas de alergenicidad que resultaron negativas en

animales, pero cuando se hicieron pruebas con suero sanguíneo de personas alérgicas, si hubo

reacción, que se Confirmó con pruebas en la piel.

2. Con base en la lectura responde las preguntas y elabora una conclusión.


[186]

3. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la soya transgénica?

4. ¿Por qué piensas que deben hacerse pruebas preliminares antes de liberar un producto transgénico?

5. Por un lado, la soya transgénica beneficiaría la nutrición de mucha gente, por otro lado podría perjudicarla ¿cómo lo solucionarías?

6. Investiga que especies vegetales y animales se han manipulado genéticamente en nuestro país y cuáles son sus repercusiones, marcando sus ventajas y desventajas a nivel biológico.

7. Elabora conclusiones sobre lo que determina la variedad de especies como las presentadas en el cuadro comparativo y las exponga señalando las implicaciones, éticas, biológicas, sociales y económicas ante el grupo.

Fig. 4.22 AD� recombinante

Tabla 4.5 Péptidos y proteínas producidos por

ingeniería genética

péptido o proteína

uso o tratamiento potencial

ά-antitripsina Enfisema

ά, β, γ-interferones Agentes antivirales, antitumorales y antinflamatorios.

Factor de coagulación VIII

Hemofilia

Calcitonina Osteomalacia

Factor de crecimiento epidérmico

Heridas

Eritropoyetina Anemia

Hormona del crecimiento

Promoción del crecimiento

Insulina Diabetes

Interleucinas 1, 2 y 3 Trastornos inmunitarios y tumores

Relaxina Auxiliar del parto

Somatostatina Acromegalia

Estreptoquinasa Anticoagulante

Activador del plasminógeno tisular

Anticoagulante

Factor de necrosis tumoral

Cáncer

Clonación

La clonación es la acción de reproducir a un ser de manera perfecta en el aspecto

fisiológico y bioquímico de una célula originaria, es decir que a partir de una célula

de un individuo se crea otro exactamente igual al anterior. Un clon es el conjunto


[187]

de individuos que desciende de otro por vía vegetativa o asexual. La clonación

existe en la naturaleza paralelamente a la reproducción sexual. Los descendientes

de los microorganismos que iniciaron la vida, eran idénticos a sus padres.

En 1997, Ian Wilmut, anunció que había clonado una oveja llamada Dolly. Esta

oveja se convirtió en el primer mamífero clonado. En la clonación de Dolly se

obtuvo un óvulo de oveja, se elimina su núcleo, se sustituye por un núcleo de

célula de oveja adulta procedente del tejido mamario y se implanta en una tercera

oveja que sirve como mamá de "alquiler" puesto que será la que lleve el embarazo

(Fig. 3.25).

Fig. 4.25. Clonación de la oveja Dolly

Terapia Génica

Es un tratamiento que reemplaza genes defectuosos por otros sanos. En el futuro,

las enfermedades hereditarias podrán detectarse y curarse a tiempo gracias a este

procedimiento. En 1990, se inició el primer estudio clínico de terapia génica

humana, con una niña que recibió una transfusión de leucocitos procesados


[188]

mediante ingeniería genética, para contener el alelo normal; en la actualidad la

niña tiene un sistema inmune funcional.

En 1994 se iniciaron estudios experimentales para combatir la fibrosis quística,

una enfermedad pulmonar hereditaria. Con técnicas de ingeniería genética se

incluyó en un virus el gen normal. El virus se introdujo en los pulmones por medio

de un aerosol bucal para que penetrara a las células que con esta información,

pudieran sintetizar la proteína que al faltar produce la enfermedad.

ACTIVIDAD

Leche curativa

El propósito de esta actividad es identificar los avances de la manipulación genética.

1. Lee con atención la siguiente noticia

Científicos argentinos han creado una vaca transgénica que produce insulina en su leche. El ADN

de las vacas se ha modificado para que generen leche con el precursor de la insulina. De él se

extrae una molécula idéntica a la del ser humano; mediante un proceso químico, se purifica y se

transforma en un medicamento inyectable. Así se ha conseguido que el fármaco final sea igual a la

hormona que los humanos sanos producen naturalmente. Y además, es muy rentable: con ella, sólo

en Argentina los precios de a insulina bajarían 30%.

Fuente: “Vacas clonadas para producir insulina”. Consultado el 6 de julio de 2010.

Disponible en http:///www.biotecnologica.com/vacas-clonadas-para-producir-insulina/(Adaptación)

2. Investiga como se obtenía anteriormente la insulina y responde las siguientes preguntas en tu cuaderno.

3. ¿Crees que esta técnica sea mejor que las anteriores? , ¿Por qué?

4. ¿Si fueras diabético usarías insulina con este origen?

5. Elabora una conclusión con base en la lectura y en tus respuestas.


[189]

Células madre

Célula madre o stem cell se define como una célula progenitora, autorenovable,

capaz de regenerar uno o más tipos celulares diferenciados. En animales

superiores, se clasifican en dos grupos:

Células madre embrionarias ó pluripotenciales que derivan de la masa celular

interna del blatocisto del embrión (7-14 días), y son capaces de generar todos los

diferentes tipos celulares del cuerpo.

Células madre órgano-específicas ó multipotenciales, es decir, capaces de

originar las células de un órgano concreto en el embrión, y también, en el adulto.

Un ejemplo de células madre órgano-específicas, es el de las células de la

médula ósea, que pueden generar todos los tipos celulares de la sangre y del

sistema inmune. También existen en más órganos como piel, grasa subcutánea,

músculo cardíaco y esquelético, cerebro, retina, páncreas, etc. Se cultivan tanto en

in vitro (en el laboratorio), como in vivo (en un modelo animal) utilizándolas en la

reparación de tejidos dañados. A pesar de todo, la aplicación de estas técnicas de

trasferencia de células madre de adulto para el recambio y reparación de tejidos

enfermos está todavía en sus comienzos.

Se ha comprobado que células madre de adulto pueden reprogramarse

(transdiferenciarse), y dar lugar a otros tipos celulares que hasta ahora se pensaba

que eran incapaces de generar. Es decir, ya no serían multipotenciales, si no

pluripotenciales.

En la línea germinal se pide su prohibición en todo aquello que sea

recomponer un programa genético humano. Los trabajos con embriones humanos

con fines puramente experimentales se consideran un atentado a la dignidad de la

especie humana.

Por todo ello, es preciso que los conocimientos y avances en Ingeniería

Genética se consideren patrimonio de la humanidad, y que los organismos

internacionales creados para ello sean capaces de vencer las reticencias que crean

los intereses políticos y económicos, logrando una legislación adecuada y justa,

que recoja las voces razonables de todos los sectores sociales.


[190]

IMPLICACIONES BIOÉTICAS EN LA GENÉTICA

Los avances vertiginosos de la genética y otras ciencias nos hacen preguntarnos si

el ser humano está listo para manejarlos correctamente. La ética y las leyes no han

avanzado al mismo ritmo que la ciencia, por lo que es imperioso el desarrollo de la

Bioética y de una legislación adecuada para que estos nuevos conocimientos

generen un desarrollo positivo y no se conviertan en una forma de control y

exterminio.

Frente a los múltiples beneficios que ofrece este campo, se encuentran

algunos problemas que causa la aplicación de la Ingeniería Genética:

Sanitarios. Pueden aparecer nuevos microorganismos patógenos que causen

enfermedades desconocidas, o que el uso de fármacos de diseño provoque efectos

secundarios no deseados.

Ecológicos. Al liberar nuevos organismos en el ambiente puede provocarse la

desaparición de especies contra las que se lucha, con consecuencias aún

desconocidas, ya que cumplen una función en la cadena trófica de la naturaleza. Se

puede pensar en posibles nuevas contaminaciones debidas a un metabolismo

incontrolado.

Sociales y políticos. Las aplicaciones de la biotecnología en el campo de la

producción industrial, agrícola y ganadera, pueden crear diferencias aún más

grandes entre países ricos y pobres. El sondeo génico en personas puede llevar a

consecuencias nefastas en la contratación laboral, por ejemplo, y atenta contra la

intimidad a que tiene derecho toda persona.

Éticos y morales. La experimentación en la especie humana puede atentar

contra su misma dignidad. En el campo de la Terapia Génica es defendible este

procedimiento cuando se utilice en células somáticas para corregir enfermedades.


[191]

LECTURAS SUGERIDAS

Cherfas, Jeremy (2003). El Genoma Humano. SEP/Planeta. Colección Espejo de

Urania. México.

Claybourne, Ana. (2006) El Gran Libro de los Genes y el ADN. SEP/Usborne.

Colección Astrolabio. México.

García, H. (1997). Genética para el Futuro. Colección Esto es Química ¿y qué?,

Facultad de Química, UNAM. México.

Gómez Roig, E. (2003) La Clonación 1. SEP/Libros del Escarabajo. Colección

Astrolabio. México.

Gómez Roig, E. (2004) Los Transgénicos. SEP/Libros del Escarabajo. Colección

Espejo de Urania. México.

Walter, R. (2004) Genes y ADN. SEP/Altea. Colección Espejo de Urania. México.

VIDEOS RECOMENDADOS

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• La Eva Genética – Discovery Channel

TIC’s

Action Bioscience http://actionbioscience.org/esp/genomica/index.html Proyecto Biósfera. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/ Embryos http://www.embryos.org My Heritage http://www.myheritage.es/genealogia Genograma http://chato.cl/blog/2001/01/genograma_arbol_genealogico.html


[192]

BIBLIOGRAFÍA

Audesirk, T, Audesirk, G y Byers, B.E. Biología, Ciencia y Naturaleza. Prentice Hall.

México, 2004.

García, H. Genética para el Futuro. Colección Esto es Química ¿y qué?, Facultad de

Química, UNAM. México, 1997.

Nelson, Gideon E. Principios de Biología. 3ra. Reimpresión de la Segunda Edición,

Editorial Limusa Willey. México, 2002.

Valdivia. B, Granillo.P, Villarreal M. S. Biología, La Vida y sus Procesos.

Publicaciones Cultural. México, 2006.

Villee, Claude A. Biología. Octava Edición. Editorial Mc Graw-Hilll, 2000

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