Guía de estudio para presentar exámenes de Recuperación y Acreditación Especial Julio de 2005 Biología I ii Biología I ÍNDICE PRESENTACIÓN PRÓLOGO Pág. v vii UNIDAD I CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS 1.1 Introducción a la Biología ………………..……….………………………………... EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ………………………………………………………...…… 3 8 12 1.2 Niveles de organización …………………………………..…………………….… EJERCICIOS ………………………………………………………………………………... TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 13 19 22 1.3 Características distintivas de los seres vivos ………………………………….. EJERCICIOS ………………………………………………………………………………… TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 23 26 27 1.4 Composición química de los seres vivos ………………………………………… EJERCICIOS ……………………………………...……………………………………….... TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 28 43 46 1.5 Teorías sobre el origen de la vida ………………………………………………….. EJERCICIOS ……………………………………...……………………………………….... TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 47 57 61 AUTOEVALUACIÓN ………………………………………………………………………. CLAVE DE RESPUESTAS ………………………………………………………………... 62 71 UNIDAD II BIOLOGÍA CELULAR 2.1 La célula ……………………………..……….……………………………..………….. EJERCICIOS ………………………………………………………………………………… TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 75 80 83 2.2 Estructura y función celular .…………………………………………………….... EJERCICIOS ………………………………………………………………………………… TABLA DE COMPROBACIÓN …………………………………………………………….. 84 93 96 2.3 Metabolismo celular …………………………………………………………………. EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ……………………………………………………………... 97 107 113 AUTOEVALUACIÓN ……………………………………………………………………….. CLAVE DE RESPUESTAS ……………………………………………………………….... 114 118 iii Biología I Pág. UNIDAD III DIVERSIDAD BIOLÓGICA 3.1 Introducción a la diversidad biológica ...………………………………………… EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ……………………………………………………………... 121 127 129 3.2 Virus ………………………….…………………………………………………………. EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ……………………………………………………………... 130 136 138 3.3 Bacteria y Archea …………….…………………………………………………….. EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ……………………………………………………………... 139 147 149 3.4 Composición química de los seres vivos ….…………………………………….. EJERCICIOS …………………………………………………………………………………. TABLA DE COMPROBACIÓN ……………………………………………………………... 150 164 170 AUTOEVALUACIÓN ……………………………………………………………………….. CLAVE DE RESPUESTAS …………………………………………………………………. 171 175 BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………………………… 177 SUGERENCIAS PARA PRESENTAR EXÁMENES DE RECUPERACIÓN O ACREDITACIÓN ESPECIAL ………………………………………………………………. 178 iv Biología I PRESENTACIÓN Permítenos felicitarte cordialmente por estar leyendo esta guía, ya que es una muestra de tu interés y decisión de explorar y utilizar los materiales que te ofrece el Colegio de Bachilleres para prepararte adecuadamente antes de presentar un examen de Recuperación o Acreditación Especial. Esta guía que constituye un trabajo realizado por profesores del Colegio de Bachilleres, del plantel 17 “Huayamilpas-Pedregal”, que con base en su experiencia docente y en el conocimiento del programa de estudios de la Reforma Curricular 2003, se fijaron el propósito de colaborar contigo en varias formas: Especificando los temas y aprendizajes sobre los que serás evaluado en un examen extraordinario. Elaborando síntesis de cada tema para apoyarte en tu estudio. Elaborando preguntas, similares a las que encontrarás en los exámenes extraordinarios, para que también te ejercites en la solución de estos tipos de reactivos y te autoevalúes. Planteando sugerencias y recomendaciones para apoyar tu preparación adecuada para el examen. ¿Qué ventajas obtendrás al resolver la Guía? 1. Tendrás un material de estudio sencillo y concreto que te permitirá prepararte adecuadamente en un lapso corto de tiempo. 2. Estudiarás todos los temas del programa de asignatura, en los que serás evaluado. 3. Podrás autoevaluarte para saber si estas preparado para presentar con éxito tu examen de Recuperación o Acreditación Especial, o saber qué temas deberás estudiar con mayor ahínco. ¿Cómo estudiar para tener éxito? Recuerda que una buena preparación es fundamental para lograr aprobar tus materias, por lo cual te recomendamos: Leer con cuidado cada uno de los resúmenes de tema y contestes las preguntas que vienen a continuación. Revisar tus respuestas y si te equivocaste realizar las actividades que se sugieren en las tablas de comprobación. Al término de cada unidad contestar las preguntas de autoevaluación en el tiempo que se indica en cada bloque. Ten en cuenta que para contestar el examen de Recuperación o Acreditación Especial tendrás dos horas y por ello también debes ejercitarte en resolver los ejercicios bien y rápido. Si al concluir la autoevaluación te equivocaste, vuelve a repasar la guía o pregúntale a tus profesores o al jefe de materia de tu plantel. Para contestar toda la guía dedícate a estudiar al menos dos horas diarias durante 15 días, así estarás bien preparado para presentar con éxito tu examen. v Biología I vi Biología I PRÓLOGO En el Programa Nacional de Educación 2001-2003, elevar la calidad de la educación que se ofrece, así como incorporar conocimientos básicos para la sociedad del conocimiento, se han destacado como objetivos que orientan a la educación del siglo XXI. Es por ello que el Colegio de Bachilleres, junto con otras instituciones de educación media superior, inició la operación, en un plantel guía, de nuevos programas de estudio. En el semestre 03-B se operaron por primera vez, en el plantel 17 “Huayamilpas Pedregal”, los programas de primer semestre de la Reforma Curricular, y sus profesores elaboraron materiales didácticos para apoyar los diferentes momentos del proceso de enseñanza–aprendizaje. Entre los materiales elaborados se encuentran las guías de estudio, las cuales tienen el propósito de apoyar a los estudiantes que presentarán exámenes de Recuperación o Acreditación Especial de las asignaturas de la Reforma Curricular 2003, con objeto de favorecer el éxito en los mismos. En este contexto, la Guía de estudio para presentar exámenes de Recuperación o Acreditación Especial de BIOLOGÍA I se ha elaborado pensando en los estudiantes que por diversas causas reprobaron la asignatura en el curso normal y pueden acreditarla a través de exámenes en periodos extraordinarios. Esta guía se caracteriza por abordar, de manera sintética, los principales temas señalados en el programa de estudios, para que el alumno defina a la materia a partir de sus propiedades y explique sus cambios, y que proporcione elementos de autoevaluación y sugerencias en caso de que sea necesario mayor información para comprender los temas La guía se organiza por unidades igual que el programa de estudios y en cada una de ellas encontrarás un resumen de los temas y aprendizajes que se te van a evaluar, una serie de preguntas y ejercicios por tema, la tabla de respuestas a estos ejercicios, así como, al término de cada unidad, nuevos ejercicios para que te autoevalúes. Así, en la primera unidad denominada CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS, se da una introducción a la Biología; se estudian los niveles de organización y el método científico aplicado a la Biología se explican también las características distintivas de los seres vivos, así como su composición química y por último se revisan las teorías sobre el origen de la vida. En la segunda unidad, BIOLOGÍA CELULAR, se estudia la estructura, la función, el metabolismo y la evolución de las células (procarionte y eucarionte). La tercera y última unidad llamada DIVERSIDAD BIOLÓGICA, define a la biodiversidad y se comparan las propuestas de clasificasión de Whittaker y Woese; se estudian las características generales de virus, bacterias, archaeas y eukarya, y para finalizar se presenta información elemental sobre el desarrollo sustentable. Por último se proporciona una bibliografía básica para consultar en fuentes originales los temas desarrollados en la guía. vii Biología I viii UNIDAD 1 CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Biología I Unidad 1 10 Biología I Unidad 1 1.1 INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA APRENDIZAJES Reconocer a la Biología como ciencia. Identificar el campo de estudio de la Biología. Reconocer la relación con otras disciplinas. Reconocer la relación de la Biología con el desarrollo tecnológico y social. La ciencia se considera como el conjunto sistematizado de conocimientos de alguna rama del saber; los conocimientos científicos se logran mediante la investigación y deben ser racionales, objetivos, exactos y verificables. Las explicaciones proporcionadas por las ciencias son objetivas porque expresan, mediante las ideas, los diferentes tipos de procesos; y con veracidad describen los hechos y son punto de partida para explicaciones de nuevos hechos. Son racionales porque surgen de investigaciones acerca del tema seleccionado en las que se aplica la lógica deductiva para establecer las relaciones entre hechos y datos; asimismo surgen de comparaciones experimentales (cuando es posible) y se constituyen como conocimientos objetivos. Este tipo de conocimientos son verificables o repetibles, lo que les confiere un carácter universal. De igual manera los conocimientos permiten al ser humano entender y transformar su realidad, así como resolver problemas sociales. Los hechos científicos sólo se pueden determinar sobre la base de la observación cuidadosa de los fenómenos actuales y la construcción de los conocimientos anteriores y la modificación de las ideas en vez de su rotundo rechazo son la norma de la ciencia. La Biología, como otras ciencias, además de investigar utiliza la experimentación, pone a prueba y ensaya diferentes condiciones de algunos fenómenos o problemas a fin de descubrir hechos y procesos hasta ese momento desconocidos; de esa manera se construye su cuerpo de conocimientos. La Biología como ciencia forma parte de la actividad humana relacionada con el desarrollo cultural de la sociedad en su contexto espacio temporal. 11 Biología I Unidad 1 Asimismo la Biología busca descubrir hechos nuevos sobre la naturaleza. En la medida en que más especies biológicas sean descubiertas y estudiadas, los cambios en el cuerpo de conocimientos se hacen inevitables, por lo que la generación de conocimientos científicos es continua. Así, la Biología pertenece al grupo de ciencias experimentales, lo mismo que la Física, la Química y otras más; estas ciencias se caracterizan porque además de investigar, experimentan algunas de las condiciones de ciertos acontecimientos o problemas con la finalidad de descubrir hechos y procesos desconocidos. La palabra Biología se deriva de dos vocablos griegos bios, que significa vida, y logos, estudio o tratado, por lo tanto la Biología es la ciencia de la vida, estudia a los seres vivos y todo lo que con ellos se relaciona. Los organismos son el principal objeto de estudio de la Biología; su campo de estudio es muy extenso y debido al constante avance de la ciencia y la tecnología sus fronteras se amplían cada vez más. El enfoque morfológico fisiológico tradicional de los estudios biológicos se ha ampliado con el enfoque químico molecular, a partir del nacimiento de la Biología Molecular, abordando estudios sobre el origen de los seres vivos, la evolución, el análisis estructural, y el funcional que les son comunes; su capacidad de adaptación a las diferentes condiciones climáticas del planeta, principios que regulan la transmisión de los caracteres hereditarios a través de su reproducción y la manera cómo se relacionan entre si y con el ambiente donde se desarrollan,* el aprovechamiento y conservación de los recursos naturales,* así como el deterioro del ambiente por la contaminación; y también estudia las características químico-moleculares de la materia viva por lo que se han aclarado algunas interrogantes como el origen de la vida o el conocimiento a nivel molecular de la genética, estrechamente ligada con la evolución biológica, con las relaciones de parentesco evolutivo, con la taxonomía y los avances de ingeniería genética, lo que ha permitido el desarrollo de la biotecnología, la creación de organismos transgénicos y la obtención de clones. Los conocimientos generados por la Biología a través de los años de su desarrollo son abundantes, por lo que ha sido necesario dividir los conocimientos de esta ciencia dando lugar a diferentes ramas o divisiones que a continuación se señalan con su campo de estudio. Propios de la Ecología. 12 Biología I Unidad 1 Disciplinas biológicas Campo de estudio 1. Micología 1. Lo relacionado con los hongos. 2. Anatomía 2. Órganos, aparatos y sistemas de los organismos. 3. Embriología 3. Formación y desarrollo de los embriones hasta su nacimiento. 4. Zoología 4. Todo tipo de animales. 5. Bacteriología 5. Lo relacionado con las bacterias. 6. Ecología 6. Las relaciones de los organismos con el ambiente. 7. Ingeniería genética 7. Organismos y productos genéticamente modificados. 8. Evolución 8. Origen y cambios de las especies a través del tiempo. 9. Paleontología 9. Los fósiles. 10. Ficología 10. Las algas. 11. Genética 11. Herencia y sus variaciones. 12. Protozoología 12. Lo relativo a los protozoarios. 13. Taxonomía 13. Clasificación de los organismos. 14. Fisiología 14. Funciones de los seres vivos. 15. Etología 15. Comportamiento de los organismos. Gama, M. A. Biología. Pearson Prentice Hall.2004. pág. 20. Además de las diferentes divisiones de la Biología, la ciencia de la vida se interrelaciona con otras disciplinas científicas en la realización de estudios más integrales dentro de su respectivo campo, tal como se muestra en el siguiente esquema. Gama, M.A. Biología 1. Pearson Prentice Hall. 2004. Pág. 20. 13 Biología I Unidad 1 El avance que actualmente tiene la ciencia en el área biológica como la ingeniería genética, la bioquímica y la biología celular, ha abierto un número inimaginable de oportunidades en muchas actividades como la investigación biológica de enfermedades, en la agricultura y la ganadería, dando lugar a la biotecnología, concebida ésta como cualquier tecnología que utiliza seres vivos o alguna de sus partes para hacer, modificar, mejorar y desarrollar organismos para diferentes usos o propósitos. La biotecnología ha transformado significativamente los procesos de estudio e investigación, así como muchas de las actividades del hombre. Cabe señalar que en México ya existen ciertas empresas que elaboran diferentes productos comerciales obtenidos a partir de la biotecnología, como sucede en la fabricación de distintos productos lácteos y bebidas alcohólicas. La aplicación de la biotecnología ha despertado grandes polémicas entre los distintos sectores de la sociedad como, por ejemplo, el proyecto genoma humano publicado en el año 2001, el cual consiste fundamentalmente en el total conocimiento e identificación de cada uno de los aproximadamente 35 000 genes que determinan las características físicas y fisiológicas de la especie humana, fenotípicas y genotípicas. La reacción de la sociedad ante este acontecimiento ha sido muy controvertida, ya que mediante los análisis genéticos puede determinarse si una persona tiene probabilidades de desarrollar en alguna etapa de su vida enfermedades hereditarias. Aunque la terapia genética humana inicia y todavía presenta muchas dificultades le espera un futuro muy prometedor, por que ofrece grandes esperanzas de cura para muchas enfermedades, sobre todo las de origen hereditario, porque la información genética permitirá realizar mejores tratamientos de manera más temprana. También puede darse el caso de que algunas personas les detecten probabilidades de desarrollar alguna enfermedad hereditaria de alto riesgo como Cáncer o Alzheimer. Sin embargo el una persona presente alto riesgo de desarrollar alguna de esas enfermedades no significa que necesariamente deba padecerla, pero el solo hecho de contemplar la posibilidad puede llenarla de angustia, tal vez inducirla a tomar alguna decisión negativa. Por otra parte existe el temor que haya discriminación genética en ciertos sectores de la sociedad, por ejemplo, en el caso de las compañías aseguradoras y erediticias ciertas personas podrían ser rechazadas o se les puede restringir la posibilidad de adquirir créditos, seguros de vida o gastos médicos, al conocer sus características genéticas desfavorables. 14 Biología I Unidad 1 Por tanto es evidente que la biotecnología actual está causando una revolución científico-tecnológica, y su potencialidad en beneficio del medio ambiente y de la humanidad parece evidente. Por otra parte han surgido ciertas inquietudes referentes a las consecuencias que todo esto pudiera tener, ya que si bien es cierto que el aumento de la capacidad humana puede reflejarse en aplicaciones benéficas muy importantes, también es un hecho que existe el peligro del mal uso y abuso en la creación de organismos transgénicos con fines contrarios a los principios éticos que rigen a la humanidad, lo que podría ocasionar lamentables consecuencias para todos, por lo que se hace verdaderamente necesario legislar cuidadosamente en nuestro país sobre este asunto. 15 Biología I Unidad 1 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que conteste correctamente cada una de ellas. 1. ( ) Para mejorar la producción en un campo de cultivo se determinan el ciclo reproductor de las plantas que lo conforman, los nutrientes que requiere y las plagas que lo afectan, ¿cuál es la ciencia que atiende este estudio? a) Biofísica. b) Biología. c) Geografía. d) Taxonomía. 2. ( ) La biología es una_________ porque reúne los conocimientos que explican los fenómenos que ocurren en los seres vivos y los verifica y repite a través de la_________ a) ciencia – teoría. b) ciencia - experimentación. c) experiencia – teoría. d) teoría – ley. 3. ( ) Para reconocer a la Biología como ciencia es necesario considerarla como… a) un conjunto sistematizado de conocimientos adquiridos mediante la investigación y la experimentación, racionales, exactos y repetibles. b) la información empírica producto de ensayo y error en las áreas naturales, sin la intervención del ser humano. c) el bloque de conocimientos empíricos, consecuencia de las observaciones y desarrollo espontáneo de los sucesos. d) la serie de datos que explican el comportamiento de fenómenos, basados en la creatividad humana. 16 Biología I Unidad 1 4. ( ) El despliegue actual de la Biología modificó el enfoque morfofisiológico y amplió su campo con el desarrollo de la Biología…. a) general. b) molecular. c) zoológica. d) evolutiva. 5. ( ) Cuando un grupo de biólogos indaga sobre el desarrollo y caracteres hereditarios de una especie de reptiles, se apoya en: a) Paleotología y Zoología de vertebrados. b) Taxonomía y Sistemática. c) Embriología y Genética. d) Fisiología y Anatomía. 6. ( ) Para conocer sobre el origen de la materia en el Universo, la Biología se relaciona con la…. a) Sociología. b) Física. c) Astrofísica. d) Geografía. 7. ( ) Un distinguido biólogo investiga las formas de manejo agrícola de los tzotziles del sureste de Chiapas, por lo cual apoya su investigación en la… a) Etnología. b) Antropología. c) Historia. d) Ética. 17 Biología I Unidad 1 8. ( ) Para llegar a la hipótesis del origen de la vida por síntesis abiótica, Oparin y Haldane se apoyaron en los conocimientos de…. a) Física. b) Matemáticas. c) Geografía. d) Química. 9. ( ) ¿Cuál es la forma general que permitiría regular la aplicación de la Biotecnología? a) Apelando a la moral y sentido común de los seres humanos. b) Legislando, en pro de la preservación del medio. c) Tomando como base el sentido biótico de la tecnología. d) Ampliando la tecnología a otros campos del conocimiento. 10. ( ) El conocimiento del genoma humano repercute favorablemente en la sociedad al tener la posibilidad de encontrar la ________________ adecuada para la cura de muchas enfermedades. a) terapia genética b) sustancia química c) macromolécula d) ciencia INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y contesta lo que se te solicita. 11. Relaciona ambas columnas anotando la letra que corresponda al enunciado correcto dentro del paréntesis de la izquierda. Campo de estudio 18 Disciplinas biológicas ( ) Estudia la descripción de órganos, aparatos y sistemas. A) Citología ( ) Estudia la formación y desarrollo de los embriones hasta su B) Ecología nacimiento. C) Anatomía ( ) Estudia la herencia biológica y sus variaciones. D) Histología ( ) Estudia las relaciones de los organismos con el ambiente. E) Genética ( ) Estudia la estructura y la función celular. F) Embriología Biología I Unidad 1 12. Marca con una X sobre la línea de la izquierda los ejemplos que representan los beneficios de los conocimientos aportados por la Biología. a) ____ La preservación de la biodiversidad que es un patrimonio de la humanidad. b) ____ Contribuye en gran medida al desequilibrio de los ecosistemas. c) ____ Se aplican conocimientos enfocados a la planeación y control del nacimiento de nuevos seres humanos. d) ____ Mejora las características de los individuos transgénicos y de sus productos tales como: desarrollo, resistencia al clima y a ciertas enfermedades. e) ____ Obtención de hormonas como la insulina. f) ____ Resuelve problemas actuales que están deteriorando al ambiente. 19 Biología I Unidad 1 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta b 2 b 3 a 4 b 5 c 6 c 7 a 8 d 9 b 10 a 11 C, F, E, B, A 12 a, c, d, e Sugerencias Si te equivocaste en algunas respuestas, repasa nuevamente en la guía el desarrollo sintético del tema o consulta el libro: Starr y Ralph Taggart. Biología. Unidad y Diversidad de la vida. International Thompson Editores. División Iberoamericana. México. 2004. 20 Biología I Unidad 1 1.2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN APRENDIZAJES Identificar los niveles de organización de la materia y ubicar los niveles que estudia la Biología. Reconocer el método científico como el medio para estudiar fenómenos y procesos biológicos. La vida ha sido estudiada por los biólogos desde dos perspectivas complementarias: una a partir de las estructuras y los procesos de lo simple a lo complejo y de los niveles más pequeños a los mayores, la otra y considerando los patrones de evolución de la vida a través del tiempo, que permiten reconstruir la historia evolutiva y de parentesco de las diferentes especies que pueblan nuestro planeta. Estos dos modos de investigar en Biología ayudan a establecer las relaciones jerárquicas entre seres vivos, además de proporcionar su importancia espacio-temporal. De la jerarquía de las interacciones entre las unidades de la Biología, de su nivel menor al mayor, se determinan los niveles de organización de la materia. Son subdivisiones, constituidos por elementos que interactúan entre sí y que le dan características propias formando niveles cada vez más complejos. Al analizar cada uno de estos niveles se puede observar que la materia evoluciona desde partículas subatómicas y moléculas, hasta el Universo mismo. A medida que se asciende, cada nivel implica mayor especialización e integración con sus propias características. Los niveles de organización permiten entre otras cosas, establecer límites, ordenar conceptos, y estudiar sistemáticamente al mundo vivo. Los niveles estudiados por la Biología van desde la célula hasta la biosfera (ver cuadro 1). Cabe señalar que desde el nivel célula y hasta el de sistemas y aparatos, se pueden encontrar organismos con las diferentes complejidades estructurales, referidas a los niveles de ese intervalo. Los organismos representan las unidades centrales de estudio de la Biología, pero para su comprensión es necesario considerar a los niveles por abajo y por encima de ellos. 21 Biología I Unidad 1 Cada nivel tiene propiedades emergentes que no se encuentran en el nivel anterior, de ahí que no deban considerarse como la suma de las partes. Cada uno de los niveles posee características propias que surgen por las interacciones de su arreglo estructural y determinan sus funciones. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA N I V E L E S E S T U D I A D O S P O R L A B I O L O G Í A BIOSFERA Todas las regiones de la corteza terrestre, las aguas y la atmósfera que albergan las diferentes formas de vida ECOSISTEMA La comunidad y su medio ambiente COMUNIDAD Las poblaciones de todas las especies que ocupan una misma área POBLACIÓN O R Grupo de individuos de la misma especie que ocupan una misma región SISTEMAS DE ÓRGANOS G Dos o más órganos que interactúan a nivel químico, físico o en ambos, de manera que contribuyen a la supervivencia del organismo multicelular de mayor complejidad A ÓRGANO N Unidad estructural en la cual los tejidos combinados en cantidades y patrones específicos, llevan a cabo una tarea común (organismo multicelular, con nivel de complejidad orgánica) I S TEJIDO Agregado organizado de células y sustancias que funcionan de manera conjunta para llevar a cabo una actividad específica (organismo multicelular, con nivel de complejidad tisular) M CÉLULA O Unidad estructural y funcional de los seres vivos. Unidad de organismos unicelulares S N I V E L E S ORGANELO Compartimiento interno limitado por una membrana donde se llevan a cabo reacciones especializadas MOLÉCULA Unidad que consta de dos o más átomos unidos, los cuales pueden ser del mismo elemento o de elementos distintos ÁTOMOS Unidad más pequeña de un elemento que aún mantiene las propiedades de dicho elemento Q U Í M I C A 22 PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Electrones, protones, neutrones o cualquier otra unidad fundamental de la materia Biología I Unidad 1 En el nivel químico las partículas subatómicas como los protones, neutrones y electrones forman los átomos que constituyen las unidades de los elementos químicos, los que a su vez se combinan entre si para formar las moléculas que pueden ser orgánicas o inorgánicas, las cuales son la parte más pequeña de un compuesto. En el nivel biológico los diferentes tipos de moléculas se combinan entre sí para formar estructuras celulares llamadas organelos, como la membrana celular, las mitocondrias y los cromosomas que realizan funciones organizadas en las unidades biológicas, que son las células, las cuales, además de conformar la unidad de los seres unicelulares, se unen cuando comparten forma y función para formar tejidos, que cuando se agrupan de acuerdo con sus características propias para formar órganos, que se combinan coordinadamente de diferentes maneras para formar los aparatos o sistemas, constituyen finalmente a los organismos multicelulares de mayor complejidad como resultado de la organización y funcionamiento de todos y cada uno de los anteriores niveles. También en el nivel de tejido y órgano hay organismos con estos respectivos niveles de complejidad pluricelular. Dentro de los niveles estudiados por la Biología se encuentran aquellos de carácter ecológico: los individuos no viven aisladamente, ya que forman conjuntos que interactúan y originan niveles de organización más complejos como: las poblaciones, comunidades y ecosistemas, que conjuntamente constituyen la biosfera que es el mayor nivel de organización biológica de nuestro planeta porque incluye a todos los seres vivos de todos los ecosistemas. La Biología no es sólo un cúmulo de conocimientos, es un proceso, es una manera de saber. Los biólogos tienen una forma organizada de descubrir el mundo natural. Tomando en cuenta que la Biología es una ciencia “evolutiva”, los biólogos estudian los procesos y fenómenos biológicos desde la perspectiva funcional y adaptativa, tratando de dar respuestas a preguntas del tipo ¿cómo funciona el organismo? y ¿por qué evolucionó para funcionar así? Para poder responder, los biólogos, al igual que otros científicos, utilizan métodos que les permiten modificar y corregir ideas a medida que avanzan en la recopilación de información y generación de nuevos conocimientos. Así, el conocimiento de la Biología se adquiere por medio de la aplicación del método científico experimental. El método científico experimental es un procedimiento común, y como tal tiene varias etapas, mismas que varían en detalles, estructuraciones y orden, de acuerdo con diversos autores. En el siguiente diagrama se observa cada una de estas etapas. 23 Biología I Unidad 1 Pasos del Método Científico Experimental Observación Planteamiento del problema Problema Biológico Elaboración de la hipótesis Diseño del experimento Experimentación Confirmación de la hipótesis Redescubrimiento del contexto histórico Rechazo de la hipótesis Surgimiento de nuevos planteamientos Modificación de la hipótesis Observación: Es la primera etapa del método científico experimental y consiste en toda percepción refinada de uno o más hechos, con la intención de integrar un fenómeno determinado. Planteamiento del problema: Deriva de la observación que conduce a la formulación de algunas interrogantes acerca de la misma. Hipótesis: Es una explicación provisional sobre un fenómeno observado y que puede ser aceptada o rechazada a través de la experimentación. Experimentación: Consiste en manipular ciertas variables escogidas expresamente con el fin de obtener los resultados previstos por la hipótesis. Resultados: Una vez que se han recopilado una serie de datos a partir de la observación y de los experimentos realizados, es necesario reflexionar sobre ellos con el fin de obtener conclusiones en relación con la hipótesis propuesta. El comportamiento de las variables se puede expresar mediante la utilización de fórmulas y procedimientos estadísticos. El Método Científico Experimental es el procedimiento más adecuado a utilizar por las Ciencias Naturales para lograr sus fines; es decir, el conocimiento y explicación de fenómenos naturales y aspectos de la naturaleza por medio de la formulación de conclusiones generales, leyes y teorías. 24 Biología I Unidad 1 En el caso de la Biología la etapa del método que tiene mayor importancia es la experimentación. Los experimentos deben ser rigurosos y bien pensados, de tal suerte que controlen el mayor número de factores, a fin de que sólo una variable se ponga en juego mediante la experimentación; de esta manera habrá mayor seguridad de que lo observado y documentado es veraz, confiable y repetible, por tanto, con carácter científico. Los experimentos son procedimientos con los cuales se ponen a prueba las hipótesis, mediante la recolección de información en condiciones controladas. Por tal motivo, el científico requiere en su investigación contar con un grupo control, "testigo" o estándar, en el cual se mantienen constantes todas las variables, y un grupo experimental o de prueba, en el que se altera la condición que se va a probar, manteniendo constantes el resto de los parámetros. Por ejemplo, si se desea saber cómo afecta la concentración de carbonato de calcio el crecimiento de un cultivo de espinacas, el grupo control se riega con agua pura, en tanto que al experimental se le agrega agua con el carbonato a diferentes concentraciones, previamente determinadas. La condición de prueba es la concentración de carbonato, todas las otras variables, tipo de suelo o sustrato, cantidad de luz, temperatura, permanecen iguales para los dos grupos, control y experimental. En un experimento controlado sólo cambia una condición a la vez. La condición que se varía intencionalmente es la variable independiente, de la cual depende la condición que cambia; la variable dependiente, por ejemplo, en el caso que nos ocupa, el agua con el carbonato aplicada o añadida a las plantas de espinaca del grupo experimental es la variable independiente y el efecto que cause en la tasa de crecimiento de las espinacas es la variable dependiente. Agua con carbonato, diferentes concentraciones Variable independiente Tasa de crecimiento de las plantas de espinaca Variable dependiente Así, por medio de este método avanzan todas las ciencias experimentales, descubriendo cada vez nuevas conclusiones, leyes y teorías sobre diversos aspectos de la naturaleza. El conocimiento y uso de tal información le ha permitido al hombre conocer varios aspectos de la naturaleza y utilizarlos en beneficio propio para lograr una mejor adaptación al medio en que vive. A continuación se presenta un ejemplo de la aplicación del método científico experimental en Biología. 25 Biología I Unidad 1 EXPERIMENTO DE FRANCESCO REDI Observación Hipótesis E X P E R I M E N T A C I Ó N La carne dejada a la intemperie atrae moscas y aparecen larvas en la misma. Las moscas producen las larvas; si se impide que las moscas se acerquen a la carne, no aparecerán larvas. Obtener trozos idénticos de carne y dos frascos iguales (misma forma y volumen) Colocar carne en ambos frascos Dejar destapado un frasco Dejar expuesto varios días Se acercan moscas y aparecen larvas Variable experimental la gasa impide que entren moscas. Variables controladas tiempo, temperatura, lugar. Resultados Dejar tapado varios días Tapar el frasco con gasa gasagasa gasa Las moscas no tocan la carne, no aparecen larvas SITUACIÓN DE CONTROL SITUACIÓN EXPERIMENTAL Conclusión 26 No hay Generación Espontánea de larvas a partir de la carne; es probable que las moscas sean el origen de las larvas. Biología I Unidad 1 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo que se te solicita. 1. Ordena los siguientes niveles de organización anotando en el paréntesis de la izquierda los números del 1 al 5 de acuerdo con la secuencia de complejidad. ( ) Molécula ( ) Partículas subatómicas ( ) Elementos químicos ( ) Átomos ( ) Célula INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el patentéis de la izquierda la letra de la opción que contesta correctamente cada una de ellas. 2. ( ) ¿Cuáles son los niveles de organización de la materia que puedes identificar en el siguiente ejemplo? “En el laboratorio de bioquímica, una investigadora estudia la participación de la membrana plasmática en la producción de enzimas ATPasas, durante las primeras tres horas de la germinación de semillas de maíz”. a) Macromoléculas - organelos - organismo multicelular. b) Biomoléculas - proteínas - seres vivos. c) Membranas - proteínas - enzimas. d) Organelas - membranas - maíces. 3. ( ) ¿Cuáles de los niveles de organización enunciados en las siguientes opciones estudia la Biología? a) Partículas subatómicas, átomos, moléculas. b) Tierra, sistema solar, galaxias. c) Célula, tejido, órgano. d) Partículas subatómicas, átomos, célula. 27 Biología I Unidad 1 4. ( ) ¿Cuáles son los pasos del método científico utilizado por la Biología para resolver un problema? a) Hipótesis, experimentación, observación, conclusiones b) Experimentación, observación, planteamiento del problema, conclusión c) Observación, hipótesis, experimentación, prueba absoluta d) Observación, hipótesis, experimentación, conclusión INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo que se te solicita. 5. Lee el siguiente texto y escribe en la línea la etapa del método científico que le corresponda. Un agricultor cultiva rosales, pero recientemente la parcela ha disminuido la producción de flores, su compadre le aconsejó agregar a la tierra fertilizantes para probar qué tanto se aumenta la producción; el agricultor dividió la parcela de rosales en dos lotes, y a uno de ellos le agregó el fertilizante, y al otro no. Esperó la floración y para beneplácito suyo, la producción sí aumentó en el lote con fertilizante”. ¿Qué infieres a partir del consejo del compadre del agricultor?___________________________ ¿Qué representa la división y tratamiento que dio el agricultor a sus parcelas? _______________ Clasifica, según sean control o experimental, los lotes del agricultor. Control _________________________ Experimental _____________________ ¿Cuál es la variable independiente? ________________________ ¿Cuál es la variable dependiente? __________________________ ¿Qué la producción aumentara en el lote con fertilizante, a qué etapa del método científico hace referencia?__________________________. 28 Biología I Unidad 1 6. Lee los siguientes enunciados del experimento de Redi y relaciónalos con las etapas del método científico experimental, colocando la letra que corresponda a cada etapa en el paréntesis de la izquierda. ( ) Las larvas de la carne en descomposición proceden de los huevecillos depositados por las moscas sobre la carne fresca. ( ) ¿Qué relación existe entre las moscas atraídas por la carne fresca y los gusanos que aparecen sobre ella? ( ) Se colocan dos frascos con carne fresca. El primero se cubre con una gasa, el segundo permanece abierto y las moscas entran en contacto con la carne. ( ) Después de unos días, la carne del frasco abierto se descompone, aparecen larvas; en el frasco cubierto con gasa no aparecen larvas. ( ) a) Observación b) Experimentación c) Hipótesis d) Resultados e) Planteamiento del problema f) Conclusiones La carne sólo se descompone cuando está en contacto directo con las moscas. 29 Biología I Unidad 1 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 Respuesta correcta 3, 1, 2, 4, 5 a c d Hipótesis. Diseño experimental. Parcela sin fertilizante. Parcela con fertilizante. Concentración de fertilizante. Tasa de producción de flores. Resultados. c, e, b, d, f Sugerencias Si te equivocaste en reconocer los niveles de organización de la materia consulta el tema en: Starr y Ralph Taggart. Biología. Unidad y Diversidad de la vida. International Thompson Editores. División Iberoamericana. México. 2004. Si tienes dudas sobre las preguntas 4 a 6, relacionadas con el método científico, consulta en: Audesirk Teresa, et al. Biología. Ciencia y naturaleza. Paerson Education. México. 2004. 30 Biología I Unidad 1 1.3 CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DE LOS SERES VIVOS APRENDIZAJE Describir las características distintivas de los seres vivos mediante modelos naturales. Cualquiera de nosotros puede diferenciar entre un ser vivo y la materia inanimada; generalmente consideramos a lo vivo a partir de algunas características como el movimiento, el crecimiento y la capacidad de reproducción; sin embargo, si observamos algunos cristales al contacto con el agua, se mueven y aparentemente crecen. Algo similar sucede si observas la flama de una vela, se mueve y crece. Por ello y para que no haya dudas acerca de cómo identificar a lo exclusivamente vivo, los biólogos han propuesto una lista de características y propiedades exclusivas de la materia viva, de tal manera que sólo aquellos que presenten todas y cada una de esas características podrán considerarse como seres vivos. ¿Cuáles son? La primera es la referida a su estructura, la cual se ordena y denomina organización, de ahí que al referirnos a la materia viva o a los seres vivos utilicemos el término organismo. Es la célula la unidad que representa el nivel más pequeño de dicha organización. Los seres vivos están formados de una o varias células, unidades estructurales básicas. Aún los organismos más sencillos, como las bacterias y los protozoarios, constan de por lo menos una célula capaz de realizar las funciones fundamentales como nutrirse, respirar y reaccionar a estímulos; características que junto con crecer y reproducirse definen a un ser vivo. El organismo, sea unicelular o multicelular, intercambia permanentemente materia y energía con su medio externo para realizar sus múltiples funciones vitales, y requiere de una fuente externa de energía, la cual se transforma a través de reacciones químicas denominadas metabolismo. El metabolismo comprende funciones constructivas que requieren en forma constante energía y nutrientes para la síntesis de nueva materia, proceso llamado anabolismo; a las funciones del metabolismo que aportan energía se les conoce como catabolismo, haciendo posible su crecimiento que consiste en el aumento progresivo de tamaño por incremento de volumen y/o número de células, hasta alcanzar los 31 Biología I Unidad 1 límites de su especie debido a la fabricación o síntesis de mayor cantidad de materia viva producto de los nutrientes adquiridos de los alimentos. Asimismo los seres vivos tienen irritabilidad, sensitividad o excitabilidad, otra de las características propia de organismos, es decir, la capacidad de reaccionar a los estímulos químicos o físicos que se presentan en el medio interno o externo, por ejemplo: la reacción a la intensidad de la luz, la temperatura, la presión, la humedad, el sonido, los cambios químicos del medio externo, estímulos táctiles, la presencia de depredadores, y otros. Los organismos más sencillos están provistos de estructuras o mecanismos que les permiten reaccionar y desplazarse, como los cilios, flagelos y seudópodos de los protozoarios; en los organismos multicelulares las respuestas son complejas y están gobernadas por el sistema nervioso y por las hormonas. Los seres vivos tienen la capacidad de reproducirse, es decir, de formar nuevos individuos semejantes a ellos en forma y función, que continúan o perpetúan su especie y reemplazan a los organismos que desaparecen. Los organismos menos evolucionados, como las bacterias y los protozoarios, presentan reproducción asexual, que se lleva a cabo sin la participación de gametas o células reproductoras, sin embargo la mayoría de los seres vivos poseen reproducción sexual, es decir, con la participación de gametas. Algunas especies presentan los dos tipos de reproducción, por ejemplo, los hongos, musgos, helechos y celenterados. Los individuos que presentan reproducción sexual tienen mayores oportunidades de variar sus características debido a la mezcla del material hereditario de sus progenitores, lo que representa mayores oportunidades de adaptarse al medio, es decir, de sumar caracteres morfológicos, fisiológicos y de conducta que han heredado, dotándolos de mayores posibilidades de subsistir en su medio. La adaptación es progresiva y puede manifestarse en los organismos mediante cambios en su estructura, tamaño, color, comportamiento, etc.; cada organismo parece diseñado exactamente a las condiciones de su medio, por ejemplo, las plantas que viven en lugares de escasa humedad poseen hojas muy reducidas o espinas que además de disminuir los efectos de la radiación solar representan ahorro de agua, ya que la mayor pérdida de ésta ocurre en las plantas que viven en medios húmedos. Los tejidos de plantas de las zonas con humedad escasa, están adaptados para retener el agua, en las pocas ocasiones que cuentan con ésta. En los animales también se observan ejemplos de adaptación, como el aparato picador–chupador de los mosquitos y los de otros insectos, o los dientes y garras de los carnívoros. Los organismos además tienen la capacidad de mantener su medio interno constante a través de mecanismos homeostáticos; por ejemplo, cuando un individuo consume azúcares, 32 éstos pasan a Biología I Unidad 1 través de su intestino y entran en la sangre, si el nivel de esta sustancia aumenta, el páncreas secreta más insulina, que estimula a las células a captar azúcares. Cuando las células hacen esto el nivel de azúcares en la sangre regresa a la normalidad. A continuación se presenta un cuadro que resume las características distintivas de los seres vivos. CARACTERÍSTICAS DISTINTIVAS DE LOS SERES VIVOS Características Descripción Particularidades Estructura Todos los seres vivos están formados por una o más células. La célula es la unidad de estructura, de función y de origen. Metabolismo Suma de todas las funciones que realizan los seres vivos con base en reacciones químicas reguladas por enzimas. Se dividen en anabolismo (procesos constructivos) y catabolismo (procesos desintegradores). Crecimiento Aumento progresivo de talla de acuerdo con su especie. Construcción o síntesis de la nueva materia viva. Adaptación Capacidad de reacondicionamiento o de reajuste a las condiciones del medio para evolucionar o sobrevivir. Son capaces de transmitir sus cambios a sus descendientes mediante su material hereditario. Irritabilidad Capacidad de reaccionar a los estímulos del medio interno y externo. Los animales presentan respuestas complejas mediante su sistema nervioso. Reproducción Proceso mediante el cual se forman nuevos organismos semejantes a sus progenitores. Permiten la reposición de individuos y la continuidad de las especies. Homeostasis Capacidad de mantener su medio interno constante. Se logra mediante diferentes mecanismos homeostáticos. Organización Los seres vivos presentan orden de complejidad creciente: química, estructural, funcional y ecológica. Cada nivel superior implica mayor integración y especialización. 33 Biología I Unidad 1 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo se te solicita. 1. Relaciona las siguientes columnas escribiendo en el paréntesis del lado izquierdo la letra de la respuesta correcta. ( ) Función que permite a los seres vivos la continuidad a través del tiempo y del espacio. ( ) Capacidad de los seres vivos de responder a los estímulos externos e internos. ( ) Proceso mediante el cual los organismos transforman materia y utilizan la energía para la síntesis y degradación de compuestos. ( ) Conjunto de mecanismos que permite a los organismos regular su medio interno. ( ) A) Irritabilidad B) Metabolismo C) Reproducción D) Adaptación E) Homeostasis F) Crecimiento G) Organización Capacidad de los seres vivos de reacondicionarse o readecuarse mejor a los factores del medio. INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que conteste correctamente cada una de ellas. 2. ( ) El crecimiento de los seres vivos, hasta alcanzar la talla de su especie, es producto de la característica de los seres vivos denominada… a) metabolismo. b) reproducción. c) irritabilidad. d) catabolismo. 3. ( ) Las plantas de zonas secas presentan hojas reducidas a espinas, con lo cual "ahorran" agua. Este es un ejemplo de la característica de los seres vivos de… a) metabolismo. b) irritabilidad. c) respiración. d) adaptación. 34 Biología I Unidad 1 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta Respuesta correcta C A B E D c d 1 2 3 Sugerencias Si te equivocaste en reconocer las características de los seres vivos consulta el tema en: Starr Cecie y Ralph Taggar. Biología. La Unidad y Diversidad de la Vida. International Thompson Editores. División Iberoamerica. México. 2004. 35 Biología I Unidad 1 1.4 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS APRENDIZAJES Identificar las estructuras químicas y las funciones de los bioelementos primarios y secundarios. Identificar las estructuras químicas y las funciones de los compuestos químicos inorgánicos de los seres vivos. Identificar las estructuras químicas y las funciones de los compuestos químicos orgánicos de los seres vivos. Identificar los nutrientes esenciales y componentes nutritivos de los diferentes grupos de alimentos, y sus fuentes y modos de obtención en la dieta humana. Los seres vivos presentan características particulares que los diferencian fácilmente de la materia inanimada, dentro de éstas su composición química es fundamental ya que aun cuando existen gran diversidad de seres vivos, todos están integrados por los mismos bioelementos, los cuales, a su vez, forman biomoléculas que participan en la realización de funciones vitales para la célula, como la síntesis de proteínas. Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen a los seres vivos; de éstos aproximadamente el 80 % corresponden al carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), y nitrógeno (N), los cuales se combinan con el fósforo (P) y azufre (S) para construir moléculas orgánicas, indispensables para que se manifieste la vida, por constituir tanto organelos como las propias células. Otros elementos químicos comunes para los seres vivos son el sodio (Na), potasio (K), cloro (Cl), magnesio (Mg), cobre (Cu), cobalto (Co), zinc (Zn), calcio (Ca), hierro (Fe) y manganeso (Mn), que aun cuando se presentan en proporción muy baja, resultan indispensables para la célula, pues cada uno participa en funciones características que en conjunto contribuyen al funcionamiento integral de la misma. + + ++ - ++ Estos bioelementos se encuentran libres en forma de iones (Na , K , Mg , Cl , Ca formando radicales -2 (SO4 ) y -2 (CO3 ). ) o combinados Bajo esta forma dichos elementos pasan al interior de la célula para intervenir en diversas funciones. En la célula se encuentran algunos minerales, aunque en pequeñísimas cantidades, que desempeñan una función fundamental durante las diferentes reacciones metabólicas; por esto su presencia es requerida para cualquier organismo. Así, estos minerales pueden ser ingeridos, junto con los demás alimentos, por las células animales, o bien, pueden ser absorbidas junto con el agua por las células vegetales. 36 Biología I Unidad 1 En los organismos cada mineral desempeña una función específica, por esta razón la carencia de alguno de ellos provoca serios daños a la células. Entre los minerales necesarios en el metabolismo de la célula se encuentran: fósforo (P), potasio (K) magnesio (Mg), cloro (Cl), manganeso (Mn), calcio (Ca), cinc (Zn), Cobalto (Co) y Cobre (Cu). FUNCIONES DE LOS MINERALES EN EL ORGANISMO Calcio Se concentra en el citoplasma de las células óseas, intervienen en la contracción muscular y en la coagulación de la sangre. En los vegetales promueve la descomposición de la materia orgánica y la liberación de nutrientes. Magnesio Interviene en la fosforilación oxidativa durante la respiración; es un activador enzimático; constituye parte de la molécula de clorofila; en las células vegetales favorece la síntesis de azúcares. Fósforo Constituye el radical fosfato y deforma la molécula de ATP, la cual almacena gran cantidad de energía; además, forma parte de los ácidos nucleicos o de algunas coenzimas. Azufre Forma parte de algunos aminoácidos y, por lo tanto, de algunas proteínas; en las células vegetales favorece la liberación de nutrientes. Potasio Interviene en los procesos osmóticos; en los vegetales regula el consumo de agua y en los animales regula los impulsos nerviosos. Sodio Interviene en los procesos osmóticos y en la contracción muscular. Manganeso Interviene en la actividad enzimática como activador. Cloro Interviene en los procesos osmóticos y en equilibrio ácido base. Cobalto Forma parte de las vitaminas del complejo B, es activador de enzimas. Zinc Interviene en la actividad enzimática como activador. Cobre Participa en la actividad enzimática y en el sistema de citocromos. Fierro Interviene en la actividad enzimática. Forma parte de la hemoglobina. Los átomos de los bioelementos se enlazan para formar moléculas que se dividen en dos grandes grupos: compuestos inorgánicos y orgánicos. 37 Biología I Unidad 1 Agua Sales minerales Compuestos inorgánicos Bióxido de carbono Oxígeno molecular Carbohidratos Lípidos o grasas Compuestos orgánicos Proteínas Ácidos nucleicos Vitaminas El agua es una molécula triatómica compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, unidos mediante enlaces covalentes; es el compuesto inorgánico más abundante en la materia viva, se encuentra en una proporción de 70 a 90 %, aunque algunos organismos llegan a superar esta cifra; por ejemplo, en la medusa un 90 % de su peso corporal es agua. Ésta presenta una serie de propiedades físicas y químicas importantes para el metabolismo celular, como es el caso de su solubilidad, que permite disolver tanto nutrientes como desechos y transportarlos de la célula al medio y viceversa; asimismo, constituye el medio líquido necesario para que se efectúen un buen número de reacciones químicas en el interior de la célula, como la respiración, la nutrición, la excreción y otras. Además tiene la capacidad de albergar y transportar calor, constituyendo un regulador térmico. Otra molécula inorgánica de gran importancia para los seres vivos es el bióxido de carbono (CO2) pues participa en los procesos de fotosíntesis; además es la materia prima necesaria para sintetizar carbohidratos y proporciona los átomos de carbono para formar otras moléculas orgánicas de los seres vivos. El bióxido de carbono se encuentra en el aire, de allí es incorporado por los organismos autótrofos a sus células a través del proceso fotosintético. Durante este proceso los átomos de carbono se liberan y pasan a formar parte de moléculas de carbohidratos, algunas son ingeridas por los heterótrofos (consumidores y descomponedores) que efectúan en sus células una oxidación de las moléculas de carbohidratos para libre energía ya degradadas las moléculas. Se liberan los átomos de carbono, los cuales constituyen nuevamente moléculas de bióxido de carbono, que son expulsadas fuera de las células como producto de la respiración. El oxígeno molecular es de gran importancia para los organismos, pues participa en el proceso respiratorio; es el aceptor de los hidrógenos liberados, con los cuales forma la molécula de agua, producto 38 Biología I Unidad 1 final de la respiración; la molécula de oxígeno es de tamaño pequeño, razón por la cual se traslada fácilmente en el interior de la célula. Los compuestos orgánicos se caracterizan químicamente porque sus moléculas contienen átomos de carbono unidos a otros elementos como hidrógeno, nitrógeno, azufre o fósforo. La cadena de carbono que forma los esqueletos de estas moléculas se une a grupos de átomos llamados grupos funcionales que determinan la reactividad química de las moléculas. Estos grupos también facilitan la identificación de los compuestos y determinan sus propiedades físicas y químicas. Para que reconozcas los grupos funcionales se presenta la siguiente tabla: GRUPO FUNCIONAL R - OH - C = O Al principio de la cadena (aldehído) En un carbono intermedio (cetona) R - COOH R – NH2 R- SH NOMBRE HIDROXILO GRUPO CARBONILO CARBOXILO AMINO SULFHIDRILO Los carbohidratos también conocidos como azúcares están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción de dos átomos de hidrógeno por uno de oxígeno, por lo que su fórmula general es Cn(H2O)n. Los grupos funcionales presentan en su estructura –OH (hidroxilo) y sólo en uno de sus átomos de carbono el grupo funcional es = C = O (carbonilo). Todos los carbohidratos son azúcares simples solubles en agua como la glucosa y la fructosa, o forman cadenas como el almidón y la celulosa que se elaboran mediante el enlace de unidades de azúcares simples. Si los carbohidratos están formados por una sola molécula de azúcar se les llama monosacáridos, si tienen de dos a diez moléculas de azúcar se les denomina oligosacáridos, y si se componen por más de diez unidades son polisacáridos. La glucosa es el más común de los monosacáridos presentes en los seres vivos y es la unidad de la que están formados casi todos los polisacáridos; tiene seis carbonos por lo que su fórmula química es 39 Biología I Unidad 1 C6 H12 O6 y la producen las plantas durante el proceso de la fotosíntesis. Otros monosacáridos con la misma fórmula que la glucosa son la fructosa (presente en la miel de maíz y en el jugo de los frutos) y la galactosa (parte de la lactosa o azúcar de la leche). La ribosa y la desoxirribosa son azúcares con cinco átomos de carbono y forman parte de las moléculas genéticas como el ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). RIBOSA DESOXIRRIBOSA Entre los oligosacáridos más conocidos están; la sacarosa, formada por glucosa y fructosa, se encuentra en vegetales como la caña de azúcar y el betabel; la lactosa o azúcar de la leche, formada por glucosa y galactosa; la maltosa, azúcar de malta que contiene lactosa y sacarosa. En estos compuestos las unidades de monosacáridos se unen a través de un enlace glucosídico con desprendimiento de una molécula de agua. Estos compuestos, igual que la glucosa, tienen una vida relativamente corta en las células ya que se descomponen para liberar energía química, la cual se usa en diversas actividades celulares o se encadenan para formar polisacáridos mediante reacciones de deshidratación. Los polisacáridos se forman con la unión de muchos monosacáridos, sobre todo la glucosa en forma lineal o ramificada, y son insolubles en agua. Algunos llegan a tener miles de unidades por lo que su peso molecular es muy elevado. Son ejemplos de estos compuestos el almidón, la celulosa y el glucógeno. El almidón se sintetiza en las plantas y constituye la principal reserva de energía, se encuentra en alimentos tales como la papa, cereales y leguminosas. 40 Biología I Unidad 1 Molécula de celulosa. El glucógeno se almacena en el hígado y músculos de los animales como reserva de energía. La celulosa funciona como elemento estructural en la célula vegetal y forma parte de la pared celular proporcionándole resistencia, sostén y protección a la planta. Molécula de almidón. Otro polisacárido es la quitina en la que las unidades de glucosa han sufrido una modificación química por la adición de un grupo funcional nitrogenado; se encuentra formando las cubiertas duras (exoesqueleto) de los insectos, cangrejos y arañas, y proporciona rigidez a las paredes celulares de muchos hongos. Las paredes celulares de las bacterias contienen otros tipos de polisacáridos modificados, y lo mismo están presentes en cartílagos, fluidos lubricantes en las articulaciones y en las córneas de los ojos. Molécula de quitina. 41 Biología I Unidad 1 Los lípidos constituyen un grupo heterogéneo de compuestos en los seres vivos cuyas propiedades físicas es que son insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos como el cloroformo, gasolina, alcohol y benceno. Se clasifican en grasas, aceites y ceras. Estos compuestos tienen en común estar formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, y contienen una o más unidades de ácidos grasos, los cuales son largas cadenas de carbono e hidrógeno con un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo. Las grasas y los aceites se forman mediante síntesis por deshidratación a partir de tres unidades de ácidos grasos y una molécula de glicerol mediante un enlace éster, un alcohol de tres carbonos que tiene un grupo hidroxilo en cada carbono. Esta estructura de tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol da a las grasas y aceites el nombre químico de triglicéridos. Glicerol + 3 ácidos de gases Triglicérido Los ácidos grasos de las grasas presentan enlaces sencillos de carbono – hidrógeno, por lo que la cadena está saturada y forman sólidos a la temperatura ambiente, por ejemplo, el sebo, la manteca, y la mantequilla. Los aceites se componen generalmente de ácidos grasos insaturados, es decir, que en la cadena se encuentran enlaces dobles (carbono = carbono), esto hace que los aceites sean líquidos a temperatura ambiente. Un aceite se puede convertir en grasa rompiendo los dobles enlaces C=C sustituyéndolos por enlaces C – C y añadiendo hidrógenos a las posiciones de enlace restantes. Son ejemplos de aceites el aceite de maíz, girasol, ajonjolí y cacahuate. Las ceras son químicamente parecidas a las grasas, son sólidas a temperatura ambiente, forman un recubrimiento impermeable en hojas y tallos de plantas terrestres, y los animales sintetizan ceras como impermeabilizantes para el pelo de los mamíferos, los exoesqueletos de los insectos, la cerilla formada en los conductos auditivos y las abejas para construir sus colmenas. La membrana plasmática que separa el interior de una célula del medio ambiente contiene varios tipos de fosfolípidos, éstos son similares a los aceites con la excepción que uno de los tres ácidos grasos es reemplazado por un grupo fosfato. A diferencia de los ácidos grasos que son insolubles en agua, la región 42 Biología I Unidad 1 que ocupa el grupo fosfato es soluble; esta naturaleza dual de los fosfolípidos es importante para la estructura y función de la membrana plasmática. Los esteroides poseen una estructura diferente a la de los triglicéridos y fosfolípidos, pero como son insolubles en agua se incluyen dentro de la clasificación de los lípidos. Están constituidos por cuatro anillos de carbono entrelazados. Un tipo de esteroide es el colesterol, componente vital de las membranas de las células animales y también se usa para sintetizar otros esteroides que incluyen las hormonas sexuales como los estrógenos, progesterona y testosterona; hormonas que regulan la sal y la secreción de bilis que ayuda a digerir las grasas. El colesterol puede convertirse en vitamina D por acción de la radiación ultravioleta del sol; esta vitamina es importante para el desarrollo y mantenimiento del sistema óseo. La acumulación de colesterol en las arterias causa la enfermedad conocida como aterosclerosis. Molécula de fosfolípidos. Los lípidos tienen diversas funciones en los organismos, como moléculas estructurales de las membranas celulares, como hormonas, cubiertas impermeables en el cuerpo de plantas y animales, y de manera fundamental como medio de reserva energética. 43 Biología I Unidad 1 Las proteínas son moléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y son polímeros de aminoácidos en los cuales están presentes los grupos funcionales amino (NH2) y el carboxilo (-COOH), un grupo hidrógeno (-H ) y un grupo variable ( R -) que difiere entre los aminoácidos y confiere a cada uno sus propiedades distintivas. Aninoacido + aminoácido dipéptido En las proteínas se encuentran comúnmente 20 aminoácidos, de los cuales 10 son esenciales porque no pueden ser sintetizados por el organismo. AMINOÁCIDOS ESENCIALES Fenilalanina Treonina Isoleucina Triptófano Leucina Valina Lisina Arginina Metionina Histidina Igual que los polisacáridos y los lípidos, las proteínas se forman como resultado de la síntesis por deshidratación del grupo amino (-NH3), de un aminoácido con el grupo carboxilo (-COOH), de otro aminoácido mediante un enlace covalente sencillo llamado enlace peptídico, y la cadena resultante de dos aminoácidos se llama péptido. Si se agregan más aminoácidos a la cadena hasta formar una de 50 o más aminoácidos se da el nombre de proteína. La estructura de estas macromoléculas se describe a continuación, para lo cual se considera la organización de la molécula por lo que resultan cuatro niveles de estructura. 44 Biología I Unidad 1 La estructura primaria está formada por una serie de aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos en forma de cadena. La estructura secundaria se forma por una cadena polipeptídica que adopta la forma de una escalera de caracol llamada hélice alfa ( ), o bien adquiere la configuración de una lámina plegada conocida como tipo beta (). La estructura terciaria se presenta cuando la cadena en forma de hélice alfa sufre otros dobleces, enrollándose sobre sí misma y dando la configuración globular o alargada, como la de las enzimas y la albúmina del huevo. La estructura cuaternaria se manifiesta cuando dos o más cadenas polipeptídicas se unen formando una hemoglobina proteína encargada gigante de como la transportar el oxígeno de la sangre. La desnaturalización es una alteración que se presenta cuando la proteína pierde su estructura secundaria o terciaria sin romper los enlaces peptídicos entre los aminoácidos; por ejemplo, la desnaturalización con calor o rayos ultravioleta desnaturaliza las proteínas de bacterias o virus y hace que pierdan su función; otro ejemplo: es el calor de la sartén al cocinar un huevo desnaturaliza la proteína albúmina del huevo y cambia su aspecto de transparente a blanco y su textura de líquida a sólida. Las proteínas desempeñan varias funciones en los seres vivos; las estructurales, como la elastina y la colágena, dan elasticidad a la piel; la queratina, es la principal proteína del pelo, de los cuernos de los animales y de las uñas; la seda de las telarañas y los capullos de las polillas de la seda. También tienen un papel regulador al formar parte de hormonas como la insulina que regula el metabolismo de la glucosa; para transporte como la hemoglobina portadora de oxígeno en la sangre, la actina y miosina son proteínas contráctiles porque participan en la contracción muscular; las inmunitarias que actúan en defensa del organismo como anticuerpos y las enzimas que dirigen casi todas las reacciones químicas que se llevan a cabo dentro de la célula. Las proteínas se encuentran en la carne, el pescado, los huevos, la leche y sus derivados. 45 Biología I Unidad 1 Los ácidos nucleicos son largas cadenas de unidades similares llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por una base nitrogenada que puede ser púrica (adenina y guanina) o pirimídica (citosina, timina y uracilo), una pentosa que puede ser la ribosa o la desoxirribosa y un grupo fosfato. Fórmula de la molécula de la base púrica de adenina. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico o ADN y el ácido ribonucleico o ARN, ambos difieren entre sí por el tipo de pentosa y el tipo de nucleótidos presentes en cada molécula. El ADN tiene en su estructura desoxirribosa y las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y timina, mientras que el ARN tiene en su estructura ribosa y las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo. El ADN se encuentra en los cromosomas en el núcleo de las células. La sucesión de nucleótidos contiene la información hereditaria en forma de genes y organizados dan el código genético necesario para construir las proteínas de cada organismo. El ARN, llamado mensajero, copia el código genético en el núcleo de la célula y lo lleva al citoplasma para la síntesis de proteínas. Como puedes ver son las moléculas responsables de la transmisión de las características hereditarias. Comparación de los modelos de las moléculas de DNA y RNA. 46 Biología I Unidad 1 Las vitaminas son sustancias orgánicas que el organismo necesita en pequeñas cantidades para el equilibrio de las diferentes funciones vitales. Actúan en su mayoría como coenzimas favoreciendo la acción de las enzimas, de esta manera contribuyen a un mejor metabolismo y ayudan a prevenir enfermedades. No son bloques de construcción, ni producen energía, sino son eslabones que logran uniones para que las funciones orgánicas se lleven a cabo y se mantengan dentro de complicado mundo químico de nuestro organismo. Nuestros problemas de salud se reducirían en gran medida si tomáramos las cantidades adecuadas de vitaminas. Las frutas y las verduras son una importante fuente de vitaminas. Estos compuestos se clasifican en liposolubles o hidrosolubles. Las liposolubles son solubles en grasa y corresponden a las vitaminas A, D, E y K. Las hidrosolubles son solubles en agua y comprenden a las del grupo o complejo B (B1, o tiamina, B2 o riboflavina, B5 niacina, B6 o piridoxina, ácido pantoténico, ácido fólico y la B12) así como la vitamina C. Todos los compuestos químicos tanto inorgánicos como orgánicos los obtiene el organismo a través de la alimentación. La nutrición se refiere al conjunto de pasos por los cuales los alimentos ingeridos se transforman químicamente mediante la digestión para poner a disposición del organismo (absorción) los nutrimentos contenidos en los alimentos y sean asimilados y utilizados para su crecimiento, formación de nuevos tejidos, reemplazo de tejidos que se desgastan o destruyen, así como para la reproducción y como fuente de energía para satisfacer las necesidades calóricas del organismo. La necesidad total de Kilocalorías (energía) por día para un adulto que trabaja es de 3 000Kcal, los hombres jóvenes (14 –19 años) 3 000 a 3 800 Kcal, mujeres jóvenes (12 – 19 años) 2 500 a 3 000 Kcal. En la siguiente tabla se muestra en qué alimentos podemos encontrar las diferentes vitaminas, así como las enfermedades que se producen cuando faltan estas vitaminas en la alimentación. VITAMINA ALIMENTOS QUE LA CONTIENEN Jitomate, A betabel, REQUERIMIENTOS ENFERMEDADES POR DIARIOS DEFICIENCIA zanahoria, chabacano, yema de huevo, leche, Xeroftalmia, 5 000 U. I* ceguera nocturna, alteraciones en la piel y mucosas. mantequilla y verduras de hoja. B1 Cereales, hígado, leche, pescado, levadura de huevo, cerveza, 2 mg Beriberi, que afecta al sistema nervioso, el tracto gastrointestinal y 47 Biología I Unidad 1 nueces, verduras y leguminosas. el sistema circulatorio. VITAMINA ALIMENTOS QUE LA CONTIENEN B2 Hígado, carne, verduras de hoja REQUERIMIENTOS ENFERMEDADES POR DIARIOS DEFICIENCIA 1.5 a 2 mg. Quelosis, descamación de los labios verde y pescado. y las comisuras y alteraciones de la piel. B5 Leguminosas, hígado, leche, maíz, carnes y huevo. 9 meq** por cada 1 000 Kcal ingeridas Pelagra, que causa alteraciones de la piel y del tubo digestivo y del sistema nervioso. B6 B12 Hígado, plátano, aguacate, 2 mg. Depresión, dermatitis seborreica, oleaginosas, leguminosas, leche y irritabilidad y glositis (inflamación de derivados y carnes. la lengua). Hígado, carne y riñón (es sintetizada 5 a 6 micro gramos Anemia. por la flora intestinal). ÁCIDO FÓLICO ÁCIDO Verduras de hojas verdes e hígado. 0.4 mg Anemia y glositis. En casi todos los alimentos. 0.4 mg Deficiencias en el metabolismo de PANTOTÉNICO carbohidratos y grasas. Frutas y verduras frescas VITAMINA C 50 mg (antioxidante). Escorbuto, disminuye la resistencia de los vasos sanguíneos, retrasa la cicatrización, debilidad y dolor en los huesos. Se produce en la piel por la VITAMINA D 400 U. I. Raquitismo exposición al Sol, es escasa en la huesos yema del huevo y el pescado. inferiores). Calciferol (deformidades de las en los extremidades Puede haber deformaciones en la columna vertebral . Aceites de maíz, ajonjolí, nueces, VITAMINA E almendras, hojas verdes de vegetales y germen de trigo. 20 a 30 U. I. Anemia. Si se consume en exceso puede producir hipertensión arterial, alteraciones en la mineralización de los huesos y la coagulación. VITAMINA K Espinaca, acelgas, se sintetiza en el Coagulante intestino por medio de la flora sanguíneo microbiana. Hemorragias. *U. I = Unidades internacionales. ** Mili equivalentes. La dieta diaria debe ser completa, es decir, contener todos los nutrimentos esenciales y cubrir los requerimientos de cada individuo. Los alimentos se han clasificado en cuatro grupos: 48 Biología I Unidad 1 I. Verduras y frutas. Contienen vitaminas, minerales, antioxidantes y fibra; muchas de ellas ayudan a bajar los niveles de colesterol y protegen la aparición de ciertos cánceres II. Granos y sus derivados. Los cereales integrales son mejores porque sus cubiertas contienen nutrimentos, además proporcionan la fibra que mejora el funcionamiento del intestino. Los cereales son energéticos y si se combinan con las leguminosas pueden incluso sustituir el valor proteínico de la carne o el huevo. III. Productos animales. La carne, leche y huevo tienen principalmente proteínas, hierro, calcio y vitaminas. Se recomiendan tres raciones al día. Los adultos deben consumir los que contengan menos grasa. IV. Grasas y azúcares. Son importantes pero su consumo máximo debe corresponder del 25% al 35% de las calorías y sólo el 10% de grasas saturadas. Una pirámide de alimentos se observaría de la siguiente manera: 49 Biología I Unidad 1 Con base en esta clasificación de los alimentos, la regla central es incluir por lo menos un alimento de cada grupo en cada comida y variar lo más posible tanto los alimentos de cada grupo como la forma de prepararlos. Por último, la dieta diaria debe contener un 65% de carbohidratos, 30 o 40% de grasa y un 15% de proteínas, además de vitaminas, minerales y agua. 50 Biología I Unidad 1 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y anota en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que conteste correctamente cada una de ellas. 1. ( ) Elementos químicos más abundantes en los seres vivos. a) Na, K, Mg, C, Mg. b) C, H, O, N, P, S. c) O, S i. A l, Fe Mg. d) O, C, Na, Cu, Co. 2. ( ) El _____________es un bioelemento que forma parte de la clorofila y el____________forma parte de la molécula de ATP. a) magnesio – fósforo b) azufre – cloro. c) zinc – cobre. d) potasio – fósforo. 3. ( ) Son los minerales que en estado iónico participan en los fenómenos osmóticos regulando el equilibrio hídrico en las células. a) Fierro, zinc y magnesio. b) Zinc, potasio y cloro. c) Sodio, potasio y cloro d) Sodio, zinc y cloro. 4. ( ) El bióxido de carbono es importante en el proceso de fotosíntesis porque… a) es una de las principales moléculas orgánicas de los seres vivos. b) libera átomos de oxígeno para formar carbohidratos. c) proporciona moléculas de monóxido de carbono para formar carbohidratos. d) proporciona los átomos de carbono para formar carbohidratos. 51 Biología I Unidad 1 5. ( ) Los compuestos químicos inorgánicos presentes en los organismos son… a) agua, bióxido de carbono, oxígeno, sales minerales. b) carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos. c) hidrocarburos, carbohidratos, alcoholes, vitaminas. d) Alcoholes, éteres, aminas, esteres. 6. ( ) Las propiedades físicas y químicas del _____________ son importantes para el metabolismo celular, ya que es el medio donde se efectúan las reacciones químicas en el interior de la célula. a) oxígeno b) bióxido de carbono c) carbono d) agua 7. ( ) Los carbohidratos son importantes para la vida porque… a) se almacenan en tejido adiposo como reserva de energía. b) son la principal fuente de energía para los seres vivos. c) son la clave para la herencia. d) dirigen y regulan el metabolismo celular. 8. ( I ) ¿Qué opciones contiene enunciados correspondientes a los ácidos nucleicos? Son compuestos orgánicos aldehídicos o cetónicos que proporcionan energía al organismo. II Están formados por cadenas de unidades monoméricas llamadas nucleótidos. III Son cadenas polipeptídicas que forman estructuras como el pelo, la piel y las uñas. IV Contienen la información hereditaria en forma de código genético. V Presentan en su estructura grupos fosfato, bases nitrogenadas y un azúcar. a) I, II, IV b) II, III, V c) II, IV, V d) I, III, V 52 Biología I Unidad 1 9. ( ) La papa, los cereales y las leguminosas son alimentos ricos en... a) grasas. b) Glucosa. c) Glucógeno. d) almidón. 10. ( ) Los organismos adquieren los ____________ a través de la alimentación. La_________se entiende como proceso por el cual se transforma el alimento químicamente para su asimilación. a) nutrimentos - nutrición b) alimentos - alimentación c) nutrimentos - absorción d) alimentos - ingestión 11. ( ) Los alimentos del grupo II proporcionan a la dieta del individuo... a) proteínas animales. b) cereales y fibras. c) frutas y verduras. d) Grasas y azúcares INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo que se te pide. 12. Relaciona ambas columnas. Escribe en el paréntesis de la izquierda la opción que corresponda a cada enunciado. ( ) Se identifican por tener en su estructura los grupos funcionales oxidrilo y carbonilo; su fórmula general es C n(H2O)n y proporcionan energía al organismo. ( ) Presentan los grupos funcionales amino y carboxilo, se unen mediante enlaces peptídicos para formar proteínas. ( ) Se forman a partir de tres unidades de ácidos grasos y una molécula de glicerol; son reservas de energía. ( ) Tienen en su estructura un grupo fosfato, una base nitrogenada y un azúcar; son las unidades del ADN y ARN. ( ) A. Nucleótidos B. Aminoácidos C. Vitaminas D. Alcoholes E. Lípidos F. Carbohidratos Son sustancias orgánicas que actúan como coenzimas favoreciendo la acción enzimática en el metabolismo. 53 Biología I Unidad 1 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta b 2 a 3 c 4 d 5 a 6 d 7 b 8 c 9 d 10 a 11 b 12 F, B, E, A, C Sugerencias Si te equivocaste en algunas respuestas repasa nuevamente el desarrollo sintético del tema y corrige los errores. Si tienes dudas pregunta a tu profesor asesor. 1.5 TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA 54 Biología I Unidad 1 APRENDIZAJES Comparar los fundamentos de las teorías del origen de la vida. Reconocer los experimentos que apoyan la teoría de la síntesis abiótica. Identificar los fundamentos de nuevas teorías sobre el origen de la vida. ¿Cómo se originó la vida en la Tierra? ¿Cómo y cuándo hicieron su aparición los primeros seres vivos? La respuesta a estas preguntas constituye un gran reto para la ciencia. Se han propuesto muchas ideas, hipótesis y teorías, pero el misterio aún no está resuelto. Ayer como hoy, los científicos han intentado contestar estas preguntas apoyados en el Método Científico. Es común encontrarnos a lo largo de la historia de las culturas humanas con la creencia del origen divino de la vida, es decir, que la vida no surgió de manera espontánea sino que fue puesta en la Tierra por un creador, por un Dios. Esta idea conocida como Teoría Creacionista es enseñada por las principales religiones, que encuentran imposible creer que la vida pudiera surgir sin la intervención de un poder sobrenatural. Más que una teoría científica es una creencia porque es aceptada con base en la fe ya que no puede ser comprobada por medio de la experimentación. Hace dos mil años algunos filósofos griegos como Aristóteles creían que la vida podía haber aparecido espontáneamente a partir de materiales inertes que tenían un principio activo que podía organizar o dirigir una serie de eventos que producirían la vida. Para los primeros científicos la idea de que el lodo producía peces y de que la carne en descomposición producía moscas eran explicaciones razonables para lo que la gente observaba. Abundan los escritos medievales con observaciones similares y fabulosas recetas para crear vida; se pensaba que los microorganismos surgían espontáneamente del caldo, los gusanos de la carne descompuesta, los gansos de ciertos abetos que habían tenido contacto con agua de mar y los ratones de mezclas de camisas sudadas y trigo. Este concepto de que la vida surge de la materia inanimada constituye el fundamento de la Teoría de la generación espontánea. Probablemente estas creencias te parecerán absurdas pero los hombres que las sostenían no eran ignorantes sino científicos de renombre, sólo tenemos que considerar el contexto histórico en que surgieron. 55 Biología I Unidad 1 La interpretación incorrecta de los hechos y la falta de control de variables, que afectaron los resultados finales de los experimentos realizados para probar la hipótesis de la generación espontánea, fueron la causa de que se sostuviera como explicación al origen de la vida. En 1668 el físico italiano Francesco Redi diseñó un experimento en condiciones controladas con el fin de refutar la idea de la generación espontánea. Formuló una hipótesis que puede demostrarse: las moscas producen los gusanos. En su experimento, Redi quería demostrar sólo una variable: el acceso de las moscas a la carne. Tomó dos frascos limpios y los llenó de pedazos de carne. Dejó un recipiente abierto (el recipiente control) y el otro lo tapó con gasa para impedir el acceso a las moscas (recipiente experimental).Después de unos días observó que había gusanos sobre la carne que se encontraba en el recipiente abierto, pero no los había en la carne del recipiente cubierto. Redi concluyó que su hipótesis era correcta y que los gusanos eran producidos por las moscas y no por la carne misma. Sólo mediante experimentos controlados pudo contradecirse la antigua hipótesis de la generación espontánea. A pesar de que Redi había refutado la generación espontánea en organismos macroscópicos y los microorganismos eran tan numerosos y tan extendidos, se continuó con la creencia de que éstos surgían espontáneamente de una fuerza vital que estaba en el aire. Como puedes darte cuenta, los experimentos de Redi no destruyeron la idea de la generación espontánea. John Needham (1713 -1781), científico inglés, intentó demostrar la existencia de una fuerza vital mediante experimentos en los cuales llenaba botellas con caldos nutritivos, los hervía durante dos minutos aproximadamente y luego las sellaba. A pesar de todas sus precauciones, los caldos se infestaban con microorganismos, por lo que concluyó que la generación espontánea de microorganismos era el resultado obligado de la materia orgánica en descomposición, al ser animada por una fuerza vital. En Italia, Lázaro Spallanzani (1729- 1799) no aceptó las conclusiones de Needham convencido de que los resultados que éste había obtenido eran provocados por una esterilización insuficiente, repitió los experimentos hirviendo los cultivos durante lapsos mayores y en ningún caso aparecieron microbios en ellos. Sin embargo los seguidores de la generación espontánea rechazaron sus experimentos argumentando que el hervor excesivo había dañado el aire y el caldo de las botellas, impidiéndose así la aparición de nuevos seres vivos. A finales del siglo XVIII, Anton van Leewenhoek (1632-1723) logró perfeccionar el microscopio óptico y descubrió que el aire y el agua contenían gran cantidad de microorganismos y que éstos eran los que contaminaban sus cultivos, sin embargo esto dio nuevos ánimos a los propugnadores de la generación espontánea. 56 Biología I Unidad 1 Louis Pasteur, científico francés, en 1862 había trabajado en los problemas de la acidificación de la leche, de la fermentación del jugo de uva y de la transformación del vino en vinagre. Esta experiencia le permitió diseñar un experimento en el que solamente el aire, y no los microorganismos, pudiera entrar en contacto con un caldo nutritivo. Diseñó matraces de cuello de cisne en los que colocó soluciones nutritivas que hirvió hasta esterilizarlas. Al enfriarse las soluciones, el aire volvía a entrar al matraz, pero los microorganismos o esporas quedaban atrapados en el cuello del matraz sin entrar en contacto con el caldo nutritivo, que permanecía inalterado. Cuando el cuello se rompía, el líquido rápidamente se descomponía, mostrando así que el hervor no lo había dañado. Y como el aire había estado en contacto con la solución, los allegados a la generación espontánea no podían alegar que éste también se hubiese estropeado. Pasteur cerró la puerta a la generación espontánea y demostró que la vida procede de la vida, es decir, que los organismos vivos provienen sólo de otros organismos vivos, éste es el fundamento de la biogénesis y ha sido aceptado por los biólogos por más de 100 años; aunque su trabajo echó por tierra la idea de la generación espontánea, no contesta a la pregunta de ¿Cómo comenzó la vida en la Tierra? Nadie sabe con certeza cuáles fueron las condiciones que reinaron en la Tierra primitiva. Es de consenso general que para que naciera la vida debieron ocurrir dos procesos: 1) La formación de moléculas orgánicas simples importantes para la vida. 2) La organización de esas moléculas en moléculas orgánicas complejas, como las proteínas. En la década de 1930, un científico ruso, Alexander Oparin, y el inglés John B. S. Haldane postularon la Teoría de la síntesis abiótica o Quimiosintética, también conocida como Teoría de Oparin-Haldane. Ambos propusieron la hipótesis de que la vida empezó en los océanos primitivos, hipótesis que es ampliamente aceptada hoy en día. Ellos advirtieron que hace varios millones de años, la atmósfera de la Tierra no tenía oxígeno libre como hoy en día y se componía de vapor de agua (H 2O), hidrógeno (H2), metano (CH4), amoniaco (NH3), bióxido de carbono (CO2) y ácido cianhídrico (HCN). La atmósfera rica en oxígeno que conocemos no habría permitido la formación de moléculas orgánicas necesarias para la vida, pero sí una atmósfera altamente reductora por la abundancia de hidrógeno. Estos gases provenientes de la intensa actividad volcánica integraron la atmósfera secundaria de la Tierra. ¿Cómo pudieron formarse estas sustancias sencillas de manera abiótica y dar lugar después a compuestos orgánicos simples importantes para la vida? 57 Biología I Unidad 1 La radiación ultravioleta, las descargas eléctricas, choques de meteoritos, radiaciones cósmicas y el calor emanado por los volcanes, constituían las principales fuentes de energía que desencadenaron las reacciones químicas para producir compuestos orgánicos sencillos a partir de las sustancias presentes en la atmósfera en aquel entonces. Al cabo de millones de años la Tierra se enfrió lo suficiente para permitir la existencia de agua líquida, la cual se condensó y precipitó en forma de lluvias torrenciales arrastrando muchas sales minerales y compuestos, formándose así los océanos primitivos. Oparin imaginó que se producían muchas reacciones químicas en la atmósfera y que los productos caían en forma de lluvia en los océanos para formar lo que con frecuencia se ha denominado sopa primitiva o caldo nutritivo. En 1953, dos científicos americanos, Stanley Miller y Harold Urey decidieron probar la hipótesis de Oparin, simulando las condiciones de la Tierra primitiva en el laboratorio. Colocaron una mezcla de agua en forma de vapor con amoniaco, metano e hidrógeno en un matraz y sometieron la mezcla a descargas eléctricas que simulaban los relámpagos, también la calentaron y enfriaron una y otra vez para simular las fluctuaciones diarias de la temperatura. Después de una semana, analizaron las sustancias químicas del matraz y encontraron varios tipos de aminoácidos, azúcares y otros compuestos orgánicos, estos resultados confirmaron que los compuestos fundamentales para los seres vivos se podían Figura 1.5.1 Experimento de Miler-Urey. originar abióticamente tal como Oparin lo había predicho (figura 1.5.1). Experimentos posteriores basados en los principios generales de Miller – Urey se fueron haciendo más complicados, no solamente se simulaban las condiciones de la atmósfera primitiva sino también la hidrosfera como lo hizo Ponnamperuma; colocó un matraz en el que el agua se evaporaba y acumulaban todos los productos de la reacción de la atmósfera reductora que en contacto directo con ella formaba una sopa primitiva. Más adelante, al conocer la composición química de los gases volcánicos se empezaron a utilizar otras sustancias como el ácido sulfídrico (H 2S), el formaldehído (H2CO) y el monóxido de carbono (CO). 58 Biología I Unidad 1 De esta diversidad de experimentos se obtuvieron una gran cantidad de compuestos orgánicos como aminoácidos, purinas, pirimidinas, carbohidratos, moléculas energéticas como ATP y otros más; todos ellos presentes en los seres vivos. Figura1.5.2. Los compuestos orgánicos sencillos presentes en la sopa primitiva serían monómeros como los aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos, glicerol, bases púricas y pirimídicas, formados a partir de amoniaco, metano y vapor de agua. Una vez formadas las unidades de construcción primordiales por síntesis abiótica, la etapa siguiente de su evolución química tiene que haber consistido en la formación de enlaces covalentes entre los bloques de construcción, originando biomoléculas más complejas, tales como péptidos, nucleótidos, lípidos y, después, polímeros como polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos, mediante reacciones de condensación. Oparin sugirió que la primera célula surgió de modo espontáneo de esta disolución concentrada y caliente de compuestos orgánicos, ya que los océanos primitivos alcanzaban casi el punto de ebullición. Quienes objetan la idea de Oparin-Haldane de que es en el mar primitivo donde tuvo lugar el origen de la vida, se basan en estudios que muestran que si se deja gotear una mezcla de monómeros sobre arcilla, arena o una roca caliente, el agua se evapora, lo cual acelera la unión de monómeros, o sea, la polimerización; además, mencionan que estas reacciones pueden catalizarse por sustancias metálicas que componen la arcilla o las rocas. Si bien la síntesis abiótica de compuestos orgánicos pudo darse en el océano, la polimerización para la formación de moléculas complejas debió llevarse a cabo sobre arcillas, 59 Biología I Unidad 1 en las zonas costeras o lagunas desecadas, que por la lluvia o el oleaje y las mareas fueron regresadas al mar. El siguiente paso en el origen de la vida fue la formación de compuestos orgánicos complejos y su inclusión en algún tipo de membrana circundante. Oparin también desarrolló la teoría de que los primeros precursores de las células, a los que denominó protobiontes, surgieron cuando se formó una interfase o membrana alrededor de una o más macromoléculas por el proceso de coacervación (coacervar significa agrupar o aglomerar). Los coacervados son modelos de sistemas poli moleculares que se obtienen mezclando dos soluciones diluidas de compuestos de alto peso molecular como proteínas y carbohidratos, se observan como pequeñas gotitas provistas de membrana que las separa del medio líquido que los rodea. Oparin estudió minuciosamente las propiedades de los coacervados, proponiéndolos como modelo de evolución prebiológica, encontrando que en aquellos formados a partir de sustancias como proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y otras más, ocurrían una serie de procesos físicos; reacciones químicas de síntesis de relativa complejidad que llevan a la formación de polímeros. Los coacervados exhiben características parecidas a las células pues crecen absorbiendo materiales del medio y se dividen al alcanzar un tamaño determinado. Figura 1.5.3 Coavervados. Tomado de Lazcano Araujo. El origen de la vida. Otro experimento a favor de la teoría de la síntesis abiótica es la obtención de las microesférulas proteicas; pequeñas gotitas que se forman en soluciones concentradas de proteinoides y cuyas dimensiones son comparables a las de una célula. Fueron propuestas por Sydney W. Fox como modelos precelulares, y se obtienen fácilmente a partir de aminoácidos que se polimerizan por acción del calor. Estos proteinoides disueltos en agua hirviendo dan lugar a las microesférulas. Tienen similitud morfológica y dinámica con las células, presentan fenómenos osmóticos, lo cual sugiere que poseen una Figura 1.5.4 Microesférulas. Tomado de Lazcano Araujo. El origen de la vida. membrana, incorporan materiales del medio, crecen y pueden romperse en un proceso semejante a la fisión binaria o a la gemación. A principios de 1930 el científico mexicano Alfonso L. Herrera, experimentó con una serie de estructuras minúsculas con 60 Biología I Unidad 1 apariencia de microorganismos que formaba a partir de diferentes proporciones de sustancias como aceite, gasolina y diversas resinas. Los colpoides son estructuras que se obtienen mezclando aceite de oliva y gasolina blanca, posteriormente se agrega una solución de hidróxido de sodio y hematoxilina como colorante, que por su carga negativa se adhiere a la superficie de los colpoides. Las estructuras resultantes exhiben una membrana, vigoroso movimiento amiboideo, corrientes internas y tendencia a dividirse, características parecidas a las células. Figura 1.5.5 Colpoides. Tomado de Lazcano Araujo. El origen de la vida. En 1942, Herrera publicó un artículo en el que describió la formación de lo que llamó sulfobios, que no eran sino microestructuras organizadas con apariencia de células formadas a partir de tiocinato de amonio y formalina; informaba al mismo tiempo de la síntesis de dos aminoácidos y de otros productos de condensación, incluyendo algunos pigmentos. El estudio de los posibles precursores de las primeras células o protobiontes demuestra la importancia de la formación de una membrana que aísla el interior de las gotas (coacervados, microesférulas, sulfobios y colpoides) del medio externo, permitiendo al mismo tiempo el intercambio de materia y energía. Este tipo de funciones, junto con otras más complejas, las realizan actualmente las membranas biológicas y están directamente relacionadas con su estructura. Más tarde, posiblemente debido a la selección natural, los protobiontes desarrollaron un metabolismo más eficiente y la aparición de la relación entre los ácidos nucleicos y las proteínas favoreció la adquisición de material orgánico del medio (nutrición), su síntesis interna, reacciones químicas de degradación mediante procesos sencillos para la obtención de energía (respiración) y, lo que es más importante, la transmisión de esta información a sus descendientes (herencia) formados por fisión, fragmentación o gemación (reproducción) que los transformaron en los primeros organismos unicelulares o eubiontes. Los primeros seres vivos fueron células de nutrición heterótrofa, es decir, incapaces de producir sus propios alimentos por lo que debían obtenerlos de las sustancias orgánicas de la sopa primitiva formada en forma abiótica y de respiración anaerobia por la ausencia de oxígeno. Hasta hoy, la teoría de la síntesis abiótica ha sido la más aceptada por su carácter multidisciplinario, lo cual se refleja en la relación que se establece entre los procesos de evolución cósmica, geológica, química, prebiológica y biológica. 61 Biología I Unidad 1 Otra posible explicación del origen de la vida es la Teoría de la panspermia propuesta por Svante Arrhenius en 1908. Sugiere que la vida en la Tierra se desarrolló a partir de una espora o bacteria muy resistente a temperaturas extremas, al vacío y a las radiaciones, que llegó del espacio exterior en meteoritos, que a su vez se habría desprendido de otro planeta en el que hubiera vida. Esta teoría ha tenido objeciones en el sentido de que ninguna forma de vida terrestre como la conocemos podía resistir a las radiaciones cósmicas así como las altas temperaturas que se generaron al entrar meteoritos en la atmósfera terrestre. Los argumentos que invalidaron esta teoría en su tiempo fueron que no resuelve el problema del origen de la vida ya que sólo lo traslada a ese otro planeta de donde supuestamente procedían las primeras manifestaciones vivientes. Descubrimientos recientes han dejado sorprendidos a los científicos al encontrar bacterias en el fondo del Océano Pacífico en zonas cercanas a chimeneas volcánicas cuya temperatura alcanza más de 300°C. Estas bacterias obtienen su energía de compuestos químicos por un proceso llamado quimiosíntesis y forman la base de una variada cadena alimenticia que incluye camarones, cangrejos, gusanos tubulares, almejas, peces y pulpos. Todos ellos deben estar adaptados para soportar un ambiente extremo: una oscuridad total, temperatura de agua que varia entre 2°C en agua marina y 400°C en la boca de las chimeneas y presiones cientos de veces superiores a las de la superficie del mar, además de altas concentraciones de sulfatos y otros elementos nocivos. Thomas Gold de la Universidad de Cornell (Estados Unidos) y colaboradores, comunicaron el hallazgo de restos de bacterias encontradas a varios kilómetros de profundidad en el fondo de un pozo experimental de petróleo en el norte de Suecia; estas bacterias se desarrollan en rocas porosas y calientes que se encuentran bajo la tierra y obtienen su energía por el mismo proceso que las bacterias encontradas en la chimeneas volcánicas submarinas. La existencia de estas bacterias también fue confirmada por Lloyd Hamilton quién encontró restos de diferentes tipos de ellas en las rocas profundas localizadas en Arabia Saudita. Otro hallazgo es el descubrimiento de un antiguo grupo de seres primitivos parientes de las bacterias llamados Archaeas. Viven en una fuente termal ubicada a 200 m bajo la superficie en Idaho, Estados Unidos. Generan energía combinando hidrógeno de las rocas con dióxido de carbono, liberando metano como subproducto. Estos descubrimientos han llevado a los científicos a proponer Nuevas Teorías sobre el origen de la vida y a pensar que la vida pudo tener su origen en las profundidades del océano, ya que estas bacterias han 62 Biología I Unidad 1 estado viviendo desde hace muchos años en la profundidad de la corteza terrestre. Esto lleva a la idea de que la vida tiene un Origen Subterráneo y que para sobrevivir evolucionaron sobre la superficie terrestre. Gold piensa que la vida se desarrolló en las rocas más profundas y calientes, ya que es probable que la vida de los primeros organismos dependiera del silicio y que, al adaptarse a las condiciones terrestres, fue sustituido por el carbono. El fundamento de esta hipótesis es el siguiente: El hecho de que la corteza terrestre presenta un ambiente más estable que la superficie, porque la temperatura es más o menos constante, esto podría proteger de daños a las moléculas primitivas. La corteza terrestre brinda protección contra las radiaciones cósmicas y las de la propia Tierra. Mientras exista agua subterránea y suficiente combustible químico, puede haber vida microbiana. Otra hipótesis que se ha retomado actualmente es el Origen Extraterrestre de la vida. Existen evidencias de que tanto los procesos prebióticos como los protobióticos ocurren en superficies cometarias, en meteoritos y en polvo interestelar. Los estudios a través de técnicas de análisis de espectrometría de estos cuerpos en el espacio exterior arrojan datos de la existencia de materia orgánica, en especial de aminoácidos y bases nitrogenadas (de las que están hechos el ADN y ARN), moléculas cuya relación con las proteínas determinan en los seres vivos las características físico-químicas y el metabolismo. El estudio de algunos meteoritos que han caído en la Tierra también revela la presencia de gran cantidad de compuestos orgánicos, sobre todo aminoácidos. Esta hipótesis extraterrestere pone objeciones a la teoría de Oparin-Haldane, ya que modelos teóricos recientes de la formación de la Tierra sugieren que la atmósfera primitiva en lugar de reductora era ligeramente oxidante, esto parece estar parcialmente confirmado por observaciones recientes realizadas en yacimientos volcánicos del norte de África, que datan de 4 000 millones de años, en los que se ha encontrado abundante oxígeno prehistórico atrapado en los minerales que conforman dichos yacimientos. Aparentemente la atmósfera primitiva no albergaba las condiciones reductoras para que se llevara a cabo la formación de moléculas orgánicas complejas y, por lo tanto, para que surgiera la vida. Otra objeción es el tiempo. En 1992 los paleontólogos encontraron en Sudáfrica y en el oeste de Australia, en los estromatolitos más antiguos del planeta, fósiles de cianobacterias (organismos unicelulares llamados algas verde azules) de aproximadamente 3 600 millones de años de antigüedad, y en Groenlandia, en rocas volcánicas se encontraron vestigios de actividad biológica, que datan de hace 3 900 millones de años. Si la antigüedad de la Tierra es de aproximadamente 4 500 millones de años y los primeros 500 millones de años de su existencia fue bombardeada por meteoritos y asteroides que calentaron su superficie lo suficientemente (temperaturas arriba de los 200°C) como para impedir cualquier intento de formación de moléculas orgánicas, significaría que, entre que el planeta se enfrió y aparecieron 63 Biología I Unidad 1 las primeras moléculas inorgánicas en la sopa primitiva y después las orgánicas, los primeros sistemas moleculares auto replicantes con ácidos nucleicos, proteínas, azúcares y membranas, y además con un metabolismo complejo, transcurrieron apenas 100 millones de años, lo que se ha considerado por algunos investigadores como “poco tiempo” para que se formaran organismos vivos, aunque fueran unicelulares. El llevar la explicación del origen de la vida fuera de la Tierra, hacia el espacio exterior, resuelve algunos de los problemas que se presentan cuando se supone que la vida se originó aquí mismo. En el espacio exterior el oxígeno libre existe en cantidades muy pequeñas, mientras que el hidrógeno es el elemento más abundante, por lo tanto, las condiciones reductoras requeridas para la formación de proteínas y ácidos nucleicos se dan en el exterior. En el espacio exterior la temperatura es muy baja (entre -260 y -270°C), por lo que las moléculas orgánicas pueden formarse sin ningún problema. Los materiales arcillosos con los que están hechos los cometas sirven como catalizadores para la formación de proteínas y ácidos nucleicos. En el espacio exterior se tiene muchísimo tiempo para que se lleven a cabo los procesos prebióticos y protobióticos y no sólo los 100 millones de años disponibles en la Tierra. En el espacio exterior se dispone de 10 mil millones de años para la realización de estos procesos, que era la edad del Universo cuando la Tierra se formó. Como puedes ver, quedan todavía bastantes problemas que resolver y existe mucha controversia en la comunidad científica con relación al origen de la vida tanto en el origen terrestre como en el extraterrestre, falta mucho trabajo todavía por hacer para llegar a una respuesta definitiva. EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención los siguientes enunciados y escribe en el paréntesis la letra de la opción correcta. 1. ( ) La vida surge de manera repentina a partir de la materia inanimada, es el fundamento de la Teoría 64 de la____________________________, en cambio la Teoría de la Biología I Unidad 1 __________________________ propone que la vida tuvo su origen por un proceso de evolución química y prebiológica de la materia. a) generación espontánea - panspermia b) panspermia - biogénesis c) generación espontánea - síntesis abiótica d) Biogénesis – panspermia 2. ( ) El fundamento de la Teoría de la _________________ es que la vida se origina de la vida; en cambio la Teoría de la ___________________ propone que la vida se desarrolló en la Tierra en forma de esporas o bacterias resistentes a condiciones ambientales extremas, que habrían llegado al planeta en meteoritos. a) biogénesis – panspermia b) síntesis abiótica – panspermia c) generación espontánea – síntesis abiótica d) biogénesis – generación espontánea 3. ( ) ¿Cuál es la opción que contiene algunos fundamentos de la Teoría de la síntesis abiótica? I. La atmósfera contenía metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua. Estos gases reaccionaron por la acción de radiaciones, calor de los volcanes y choque de meteoritos formando compuestos orgánicos simples (monómeros). II. La vida se origina de materia inerte mediante la presencia de un principio activo que hace surgir la vida; por ejemplo, de lodos, suciedad y carne en descomposición. III. La vida se originó en los océanos, cuando los compuestos resultantes de los gases atmosféricos se disolvieron en el mar creando moléculas orgánicas complejas formando la sopa primitiva. IV. La evolución hacia los sistemas polimoleculares o protobiontes rodeados por una membrana permitió el intercambio de materia y energía, así como el desarrollo de procesos metabólicos cada vez más complejos. V. La vida se desarrolló a partir de esporas o bacterias que entraron a la Tierra del espacio exterior en meteoritos, que al chocar sobre la Tierra expandieron el material contenido en ellos. a) I, II, III b) I, III, IV 65 Biología I Unidad 1 c) II, III, IV d) I, II, IV 4. ( ) Los experimentos de Miller – Urey y Ponnamperuma al simular las condiciones primitivas de la Tierra, reforzaron la teoría de la__________________al obtener en el laboratorio ______________ y otros compuestos orgánicos que se encuentran presentes en los seres vivos. a) generación espontánea – aminoácidos b) panspermia – carbohidratos c) biogénesis – ácidos grasos d) síntesis abiótica – aminoácidos 5. ( ) Oparin experimentó mezclando soluciones diluidas de carbohidratos y proteínas y obtuvo modelos precelulares que se observan como pequeñas gotitas rodeadas de una membrana, llamados_________________, exhiben características parecidas a las ___________________, los más complejos realizan procesos físicos y reacciones químicas que semejan el metabolismo. a) coacervados – células b) sulfobios – microesférulas c) colpoides – células d) coacervados – microesférulas 6. ( ) Los experimentos realizados por Sydney W. Fox que apoyan la ___________________se basaron en la obtención de modelos precelulares a los que llamó microesférulas. Éstas se obtienen mezclando soluciones concentradas de____________________ en las que se observa también una interfase o membrana. a) generación espontánea – carbohidratos b) panspermia – proteinoides c) síntesis abiótica – proteinoides d) biogénesis – aminoácidos 66 Biología I Unidad 1 7. ( ) Una de las nuevas teorías sobre el origen de la vida se basa en que ésta pudo ocurrir en la corteza terrestre ya que es más estable que la superficie y brindó protección contra daños a las moléculas primitivas. ¿cuál es la opción que apoya ésta hipótesis? a) La existencia de formas de vida subterránea que soportan condiciones ambientales extremas y obtienen su energía por quimiosíntesis. b) La presencia de moléculas orgánicas formadas abióticamente en las superficies cometarias y de meteoritos que han caído en la Tierra. c) La obtención de compuestos orgánicos en condiciones experimentales que comprueban la posibilidad de que se formara una sopa primitiva. d) El análisis espectroscópico de cuerpos del espacio exterior que arrojan datos sobre la existencia de materia orgánica, en especial aminoácidos. 8. ( ) De las siguientes opciones ¿cuál contiene las evidencias que apoyan el origen extraterrestre de la vida? a) La existencia de archaeas y cianobacterias en fuentes termales y chimeneas volcánicas. b) Los procesos prebióticos y protobióticos que ocurren en superficies cometarias y en meteoritos. c) Bacterias que se desarrollan en rocas porosas y calientes encontradas en un pozo experimental. d) La certeza de que la vida de los primeros organismos dependía del silicio. 9. ( ) La objeción a la teoría de Oparin de que la atmósfera primitiva de la Tierra no era reductora sino ligeramente oxidante parece estar confirmada por... a) el oxígeno prehistórico atrapado en minerales, encontrado en yacimientos volcánicos. b) la abundancia de oxígeno presente en el Universo, por ejemplo, en cometas y meteoritos. c) la formación de compuestos orgánicos en presencia de oxígeno en la Tierra primitiva d) la gran cantidad de compuestos reducidos presentes en la atmósfera primitiva. 67 Biología I Unidad 1 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 68 Respuesta correcta c a b d a c Biología I Unidad 1 7 8 9 a b a Sugerencias Si te equivocaste en algunas respuestas, repasa nuevamente en la guía el desarrollo sintético del tema o consulta el libro: Starr y Ralph Taggart. Biología. Unidad y Diversidad de la vida. International Thompson Editores. División Iberoamericana. México. 2004. AUTOEVALUACIÓN El tiempo para la resolución de todos los ejercicios: 30 minutos. INSTRUCCIONES: Coloca dentro del paréntesis de la izquierda la letra de la opción que responda correctamente cada planteamiento. 1. ( ) El carácter científico de la Biología se manifiesta por la naturaleza de sus conocimientos que son: 69 Biología I Unidad 1 a) empíricos e hipotético deductivos. b) racionales, objetivos, y verificables. c) inductivos, empíricos y racionales. d) empíricos e hipotético inductivos. 2. ( ) El carácter racional de los conocimientos de la Biología implican…. a) aplicar la lógica deductiva para relacionar hechos y datos mediante experimentos. b) buscar la facilidad de crear modelos repetibles con carácter universal. c) cuidar cada uno de los detalles en el planteamiento de problemas o fenómenos. d) diseñar un experimento controlado con una o más variables dependientes. 3. ( ) El campo de estudio de la Biología considera todo lo relacionado con … a) los fenómenos socioculturales. b) el origen y evolución de la materia en el Universo. c) los seres vivos y todo lo que a ellos concierne. d) el origen y la evolución de la Tierra. 4. ( ) La Taxonomía es la rama de la Biología que estudia... a) la herencia biológica. b) la clasificación de los seres vivos. c) el desarrollo de embriones a partir del huevo. d) la descripción de órganos, aparatos y sistemas. 5. ( ) Cuando se realiza un conteo de la población para conocer las edades de sus integrantes, la Biología se interrelaciona con la…. a) Sociología. b) Geografía. c) Matemáticas. d) Ética. 70 Biología I Unidad 1 6. ( ) Cuando los estudios biológicos se encaminan a resolver problemas de la salud humana, la Biología se relaciona con…. a) Sociología. b) Ética. c) Ciencias de la Salud. d) Antropología. 7. ( ) Los denominados organismos genéticamente transformados (OGT) evidencian la aplicación de la… a) Biotecnología. b) Bioética. c) Ciencia. d) Biología. 8. ( ) Las células transforman la materia y la energía mediante reacciones químicas que conocemos ______________ dan respuesta a los estímulos del medio mediante la ________________ y son capaces de mantenerse en _____________________ a pesar de los cambios del medio interno y externo. a) Homeostasis – irritabilidad - reproducción b) Crecimiento – homeostasis - irritabilidad c) Metabolismo – irritabilidad – homeostasis d) Irritabilidad – reproducción - crecimiento 9. ( ) La mariposa monarca migra desde los bosques del norte de Canadá hasta los bosques de Michoacán en la República Mexicana, la migración es propia de la característica de… a) metabolismo. b) comportamiento. c) conducta. d) adaptación. 71 Biología I Unidad 1 10. ( ) ¿Cuál de los siguientes bioelementos forma parte de la hemoglobina de la sangre? a) Calcio. b) Hierro. c) Sodio. d) Potasio. 11. ( ) Bioelemento que forma parte de algunas proteínas. a) Azufre. b) Potasio. c) Calcio. d) Cloro. 12. ( ) ¿Qué opción contiene los enunciados que corresponden a las funciones del agua en los seres vivos? I. Es el compuesto inorgánico más abundante en la materia viva en proporción de 70 a 90%. II. Participa en los procesos respiratorios como aceptor de hidrógenos. III. Interviene en los fenómenos osmóticos bajo la forma de iones. IV. Es el vehículo de transporte de nutrientes y desechos dentro y fuera de las células. V. Es el medio donde se llevan a cabo las reacciones químicas en el interior de la célula. a) I, II, V b) II, III, V c) I, IV, V d) II, III, IV 13. ( ) Es el compuesto inorgánico más abundante en la materia viva. a) Agua. b) Oxígeno. c) Bióxido de carbono. d) Carbonato. 72 Biología I Unidad 1 14. ( ) Son las moléculas que tienen la función de regular el metabolismo, dirigir la síntesis de proteínas y transmitir los caracteres hereditarios. a) Aminoácidos. b) ADN y ARN. c) Lípidos. d) Carbohidratos. 15. ( ) Los __________________ se sintetizan durante el proceso de fotosíntesis y se degradan para liberar ____________ utilizada en las actividades celulares. a) lípidos - oxígeno b) ácidos nucleicos – energía c) aminoácidos - hidrógeno d) carbohidratos – energía 16. ( ) La _________________ es un polisacárido que forma los exoesqueletos de los insectos, mientras que la celulosa_______________integra las paredes celulares de las células vegetales y el_____________ es la reserva energética contenida en el hígado de los animales. a) quitina – celulosa – glucógeno b) celulosa – quitina – almidón c) quitina – celulosa – almidón d) celulosa – quitina – glucógeno 17. ( ) Los alimentos del grupo I son abundantes en... a) Grasas y carbohidratos. b) Vitaminas y minerales c) Proteínas y grasas d) Minerales y proteínas. 73 Biología I Unidad 1 18. ( ) ¿Cuál es la proporción de nutrimentos que requiere la dieta diaria de un individuo para satisfacer sus necesidades diarias? a) 80% de carbohidratos, 10% de grasas y 10% de proteínas. b) 30% grasas, 50% de carbohidratos y 20 % de proteínas. c) 65% de carbohidratos, 30% de grasas y 15% de proteínas d) 30% de carbohidratos, 65% de grasas y 15% de proteínas 19. ( ) La teoría de la ____________________afirma que todo ser vivo procede de otro ser vivo y la ____________________________ afirma que los seres vivos se desarrollan a partir de la materia inerte. a) generación espontánea – biogénesis b) biogénesis – generación espontánea c) síntesis abiótica – biogénesis d) panspermia - síntesis abiótica 20. ( ) De acuerdo con los experimentos realizados en apoyo a la teoría de la síntesis abiótica, la concentración de moléculas orgánicas en lodos y arcillas favoreció la formación de____________________ mediante reacciones químicas de ______________________ que dieron lugar a los primeros sistemas________________________________ a) polímeros – degradación – polimoleculares. b) aminoácidos – condensación – polimoleculares. c) azúcares – degradación – polimoleculares. d) polímeros – condensación – polimoleculares. 21. ( ) De las siguientes opciones ¿Cuál contiene las evidencias que apoyan el origen subterráneo de la vida? a) La certeza de que la vida de los primeros organismos dependía del silicio. b) El oxígeno prehistórico encontrado y el tiempo entre los procesos prebióticos y protobióticos c) La existencia de archaeas y cianobacterias en fuentes termales y chimeneas volcánicas. 74 Biología I Unidad 1 d) Los procesos prebióticos y protobióticos que ocurren en superficies cometarias y en meteoritos. 22. ( ) De las siguientes opciones, ¿cuál contiene las objeciones a la teoría sobre el origen de la vida propuesta por Oparin? a) La certeza de que la vida de los primeros organismos dependía del silicio. b) La existencia de archaeas y cianobacterias en fuentes termales y chimeneas volcánicas. c) Los procesos prebióticos y protobióticos que ocurren en superficies cometarias y en meteoritos. d) El oxígeno prehistórico encontrado y el tiempo entre los procesos prebióticos y protobióticos INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y contesta lo que se te solicita. 23. Lee con atención los siguientes enunciados y escribe en el paréntesis del 1 al 5 de acuerdo con la secuencia de eventos, relacionándolos con los experimentos que apoyan la teoría para explicar el origen de la vida en la Tierra según Oparin y Haldane. ( ) Aparición de los primeros seres vivos o eubiontes. ( ) Atmósfera formada por metano, amoniaco, vapor de agua e hidrógeno. ( ) Formación de sistemas polimoleculares o protobiontes. ( ) Síntesis de polímeros como proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos. ( ) Síntesis de monómeros como aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos y monosacáridos. 24. Marca con una X sobre la línea de la izquierda los ejemplos que representan los beneficios de los conocimientos aportados por la Biología. a) ____ Desarrollo de productos utilizados en la elaboración de medicamentos y en la industria. b) ____ Propicia la explosión demográfica que está alcanzando niveles alarmantes. c) ____ Tratamiento de aguas negras para combatir los derrames de petróleo. 75 Biología I Unidad 1 d) ____ Obtención de diferentes productos como detergentes, azúcares, aditivos alimenticios, saborizantes. e) ____ Desplazamiento de los productos naturales de los mercados. f) ____ Aplicación de terapias genéticas. 25. Relaciona las siguientes columnas. Escribe en el paréntesis de cada descripción la letra del nivel de organización que corresponda. Descripción ( ) Nivel de organización Unidad biológica producto de la unión de los diferentes tipos de moléculas que se combinan entre sí para formar estructuras celulares que realizan funciones. A) Aparatos o sistemas ( ) Unión de células que comparten forma y función. ( ) Se produce cuando los tejidos se agrupan de acuerdo con sus características propias. ( ) Es el resultado de la organización y funcionamiento de todos y cada uno de los niveles, desde célula hasta sistema de órganos. ( ) B) Órgano C) Organismo multicelular D) Célula E) Tejido Nivel de complejidad que se produce por la unión de diferentes órganos. 26. Ordena los siguientes niveles de organización, anotando en los paréntesis de la izquierda los números del 1 al 5 de acuerdo con la secuencia de complejidad creciente. ( ) Sistema ( ) Célula ( ) Órgano ( ) Tejido ( ) Organismo 27. Relaciona las siguientes columnas escribiendo en el paréntesis del lado izquierdo la letra de la respuesta correcta. ( 76 ) Serie de pasos utilizados en las Ciencias Naturales como en a) Hipótesis la Biología para dar validez científica a sus descubrimientos y b) Ley generación de conocimientos. c) Teoría Biología I Unidad 1 ( ) Explicación provisional sobre un fenómeno observado d) Método experimental ( ) Es la primera etapa del método científico y consiste en toda e) Observación percepción refinada de uno o más hechos, con la intención de f) Planteamiento de problemas integrar un fenómeno determinado. g) Experimentación ( ) Deriva de la observación que conduce a la formulación de algunas interrogantes acerca de la misma. ( ) Consiste en manipular ciertas variables escogidas con el fin de obtener los resultados previstos por la hipótesis. 28. Lee el siguiente texto y contesta lo que se te solicita. “Los estudiantes de Ecología de sexto semestre hicieron un experimento para probar el efecto de la longitud de onda de la luz sobre el crecimiento de plántulas de lenteja. Para ello, en cinco cajas colocaron 20 semillas de lenteja, las pusieron a germinar y cubrieron cada “germinador” con papel celofán de un color diferente: verde, amarillo, azul, rojo, transparente, y a uno lo cubrieron con cartulina negra. Las opiniones respecto a cuál será el lote de semillas que crezca más está muy dividida, pero la mayoría de los estudiantes consideran que el mayor crecimiento se obtendrá con el celofán rojo”. ¿Cuál es el diseño experimental del caso?__________________________________________________ ¿Cuál es la hipótesis que prevalece?_______________________________________________________ ¿Cuál es la variable independiente?________________________________________________________ ¿Cuál es la variable dependiente?__________________________________________________________ 29. Relaciona ambas columnas. Escribe en el paréntesis de la izquierda la letra de la columna de la izquierda que le corresponda. 77 Biología I Unidad 1 ( ) ( ) FUNDAMENTOS Los seres vivos se originan de la materia inerte como lodo, carne o cualquier otra sustancia en descomposición. Esporas y bacterias fueron transportadas en meteoritos y al caer en la Tierra fueron los precursores de las primeras formas de vida. La evolución química de los compuestos presentes en la Tierra en ( ) moléculas orgánicas complejas y su posterior organización en sistemas polimoleculares originaron los primeros seres vivos. ( ) ( ) TEORÍAS Diversos experimentos como los de F. Redi, Spallanzani y L. Pasteur demostraron que la vida procede de la vida. A. Biogénesis B. Síntesis abiótica C. Panspermia D. Creacionista E. Plasmogenia F. Generación espontánea La vida fue puesta en la Tierra por un ser sobrenatural durante un acto divino. CLAVE DE RESPUESTAS Número de pregunta 1 2 3 4 78 Respuesta correcta b a c b Biología I Unidad 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Los c c a c d b a c a b d a b c b b c c 5,1,4,2,3, a, c, d, f D, E, B, C, A 4,1,3,2,5 d, a, e, c, f, g cinco germinadores bajo condiciones diferentes de luz. Mayor crecimiento en el germinado 28 cubierto con celofán rojo. Las diferentes longitudes de onda dadas por papeles de diferente color. Tasa de crecimiento de plántulas. 29 F, C, B, A, D 79 UNIDAD 2 BIOLOGÍA CELULAR Biología I Unidad 2 74 Biología I Unidad 2 2.1 LA CÉLULA APRENDIZAJES Explicar el concepto de célula mediante los fundamentos de la Teoría Celular. Identificar las diferencias estructurales y fisiológicas entre célula procariontes y eucariontes. Reconocer los fundamentos de la Teoría de Endosimbiosis para explicar la evolución de células procariontes a eucariontes. Te has preguntado, ¿cuáles son las características que nos unen a todos los organismos, sean microscópicos o macroscópicos? Una de esas características es nada menos que la célula. La célula es la unidad funcional básica morfológica más pequeña de los seres vivos, en ella se manifiestan las funciones fundamentales de la vida. Es un sistema abierto que permite intercambiar con su medio externo materia y energía, y al mismo tiempo mantiene un equilibrio dinámico interno, producto de las diferentes funciones que realiza. También es una estructura tridimensional, porque todos sus componentes y organelos tienen longitud, anchura y profundidad, y a su vez es capaz de vivir de forma independiente, como lo demuestran los numerosos organismos unicelulares. Si es destruida o si son separados de ella sus organelos esenciales, pierde su capacidad de vida. Las células varían de un modo extraordinario en forma y tamaño y con frecuencia tienen funciones especializadas, relacionadas con estas diferencias. En el transcurso del tiempo varios naturalistas y científicos han estudiado a la célula, su estructura y función, y aunque la creación de la Teoría Celular se atribuye a Matthias Schleiden (1838) y a Theodor Schwann (1839), en realidad es el resultado de los trabajos de varias personas dedicadas a la investigación; a continuación se mencionan algunas de las aportaciones más importantes acerca del conocimiento sobre la célula: Robert Hooke observó cortes muy delgados de corcho, se dio cuenta que estaban formados por gran cantidad de pequeños espacios a los que llamó celdillas o células (1665). Nehemiah Grew propuso que la célula es la unidad fundamental de los organismos (1672). Anton Van Leeuwenhoek perfeccionó la manufactura de lentes para microscopios y concluyó también que la célula es la unidad fundamental de los organismos (1674). 75 Biología I Unidad 2 Dutrochet sostiene que la materia viva está constituida por diminutas células redondas, las cuales aumentan en tamaño y en cantidad (1824). Robert Brown describe el núcleo (1831). Rudolf Virchow llega a la conclusión de que todas las células se derivan de células preexistentes (1858). A partir de estos estudios y de otros más se desarrolló y conformó la Teoría Celular, la cual enuncia de forma clara tres principios: 1) Todos los seres vivos están constituidos por una o más células, o dicho de otro modo, la célula es la unidad morfológica - estructural de todos los seres vivos. 2) La célula es capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida, es decir, es la unidad fisiológica de los organismos. 3) La célula sólo puede aparecer a partir de otra ya existente, cuya idea se expresa en latín con la famosa frase: Omnis cellula ex cellula (toda célula proviene de otra célula), es decir, la célula es la unidad genética o de origen autónoma de los seres vivos. Toda célula comparte tres características esenciales en cuanto a su estructura: La presencia de una membrana externa que separa el protoplasma de la célula del medio externo. El material genético ácido desoxirribonucleico (ADN), que es la información hereditaria que dirige las actividades de la célula y que permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie. La presencia de ribosoma y su metabolismo básico es semejante. Ahora bien, basándose en la complejidad estructural y particularmente en la presencia o ausencia de una envoltura que rodea el material genético (ADN), existen dos tipos distintos de célula: 1. Procarionte (del griego pro: antes y carion: núcleo), que literalmente significa “antes del núcleo” y se le aplica a las células cuyo material hereditario no está limitado por una membrana nuclear. 2. Eucarionte (del griego eu: verdadero y carion: núcleo), “célula con núcleo verdadero” y su material hereditario está limitado por una membrana nuclear. 76 Biología I Unidad 2 En las células procariontes el material genético se encuentra en forma de una molécula grande y circular de ADN al que no están asociadas diversas proteínas, y está ubicado en una región definida llamada nucleoide. Los procariontes son las formas de vida más antiguas que se conocen, incluye bacterias como la Escherichia coli que es un heterótrofo, a las cianobacterias, grupo de procariontes fotosintéticos también llamados algas azules o azul - verdes. En las células eucariontes por el contrario, el ADN es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales, su material genético está rodeado por una doble membrana nuclear que lo separa de las otras subestructuras celulares. Los organismos eucariontes pueden ser unicelulares (protozoarios y algas), multinucleados (hongos) y pluricelulares (plantas y animales). Diferencias entre una célula Procarionte y Eucarionte Estructura/proceso Procarionte Eucarionte Membrana nuclear Ausente Presente ADN Desnudo y circular Combinado con proteínas (histonas) Cromosomas Único Múltiples División celular División binaria Mitosis y/o meiosis Los tipos celulares procarionte y eucarionte difieren entre sí en varios aspectos, pero lo fundamental es la presencia en los eucariontes del núcleo que contiene el material genético rodeado por una membrana. ¿Cómo fue el proceso de evolución que dio origen a la célula eucarionte a partir de la procarionte? Existen varias teorías que proponen una explicación acerca del proceso evolutivo de los procariontes hacia los eucariontes. Una de ellas es la Tería Autógena, sostenida por F. J. A. Taylor y E. D. Dodson, la cual “estipula que la célula eucarionte se originó como resultado de la formación progresiva de compartimentos en el citoplasma y por el incremento progresivo del tamaño de la célula”. Si bien no se ha refutado no se han presentado argumentos que expliquen la inexistencia de formas intermedias. Una segunda teoría es la propuesta por Lynn Margulis, de las comunidades microbianas coevolucionadas o endosimbiosis serial, la cual se basa en el establecimiento de una relación simbiótica, en la que los individuos relacionados entre sí se benefician; tal asociación pudo darse entre una célula procarionte 77 Biología I Unidad 2 mayor y una pequeña cianobacteria fotosintética o una bacteria heterótrofa y aerobia. La célula hospedera aportaba protección y algunas sustancias a la célula pequeña y ésta retribuía alimentos si era fotosintética o ATP si era aerobia. Al establecerse esta relación simbiótica, las células pequeñas evolucionaron dentro de la mayor como sus estructuras funcionales, con lo que las cianobacterias pudieron derivar como cloroplastos con función fotosintética; en algunas bacterias aerobias derivaron como las mitocondrias con función respiratoria. Apoya esta teoría el hecho de que las mitocondrias y los cloroplastos de las eucariontes actuales presentan ADN y un código genético independiente de la célula y, por tanto, también se reproducen de manera independiente. Esta simbiosis da un paso más hacia el estatus eucarionte al incorporar dentro de su citoplasma una célula ambeboide flagelada, la cual tiene proteínas de microtúbulos. Además, se supone que las estructuras tubulares de los centríolos se originaron de esta nueva incorporación. La nueva adquisición mejoró la capacidad del simbionte para moverse, convirtiéndose así en un heterótrofo. El evento final es que un procarionte altamente mejorado incorporó una cianobacteria con estructuras eficientes de fotosíntesis para dar origen a un eucarionte autótrofo. Estudios bioquímicos han aportado pruebas a esta teoría al encontrar bastante semejanza en la estructura molecular de las membranas de las mitocondrias y la de algunas bacterias, así como en la membrana de los cloroplastos y las cianobacterias. También se ha demostrado que algunas funciones metabólicas de las mitocondrias y los cloroplastos son realizadas también por algunos procariontes. En la década de los sesenta se descubrió el genoma de los cloroplastos y mitocondrias cuyo ADN es parecido al de los procariontes, sus ribosomas en donde sintetizan las proteínas son más pequeños que los del citoplasma, pero de igual tamaño que los ribosomas procariontes. En la misma década los trabajos de Lynn Margulis y Sarah P. Gibbs sugirieron la simbiosis pero sin tomar en cuenta al núcleo ya que lo consideran junto con el citoplasma como “partes integrantes de un sistema genético coordinado”. A continuación se presenta en forma esquemática el posible origen endosimbiótico de las células eucariontes autótrofas y heterótrofas (fig. 2.1.1). 78 Biología I Unidad 2 Figura 2.1.1 Esquema de la Hipótesis de la teoría Endosimbiosis (Wallace et al. 1990). 79 Biología I Unidad 2 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee detenidamente las siguientes expresiones y contesta lo que se te pide. 1. ( ) ¿A qué hacen referencia los siguientes enunciados? I. Son las unidades de la estructura y función de los seres vivos. II. Todos los organismos están formados por una o más de ellas. III. Representan la unidad que permite que se originen nuevos seres a partir de las que ya existen. a) subestructuras celulares. b) concepto de célula. c) fisiología celular. d) anatomía de la célula. Lee los siguientes enunciados y responde lo que se solicita. “Las bacterias como los robles, leones, amibas y hongos están formados por células.” “En unos y otros organismos se llevan a cabo los procesos vitales, como metabolismo e irritabilidad.” “Y sólo pueden generarse nuevos organismos de los progenitores”. 2. ( ) En los enunciados anteriores se recuperan los fundamentos del concepto de la célula basados en: a) Teoría Celular. b) Síntesis Abiótica. c) Generación Espontánea. d) Vida Terrestre. 3. ( ) La célula es la unidad anatómica de los seres vivos porque: a) Tienen en común: composición química y estructural, así como metabolismo. b) En la actualidad se originan de células preexistentes. c) Están formados al menos por una célula aunque con diferencias de forma y estructura. d) Realizan los mismos procesos vitales: metabolismo, irritabilidad y crecimiento. 80 Biología I Unidad 2 4. ( ) Tipo de célula que cuenta con una membrana nuclear. a) Bacteria. b) Cianofita. c) Procarionte. d) Eucarionte. 5. ( ) Estudios bioquímicos han aportado pruebas que fortalecen a la Teoría Endosimbiótica, porque la estructura molecular de las membranas de los cloroplastos y mitocondrias es similar a: a) los protistas y hongos. b) las bacterias y cianobacterias. c) los animales y hongos. d) las algas y bacterias. INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y contesta lo que se te pide. 6. Anota sobre la línea la letra P si el enunciado se refiere a una célula procarionte y la letra E si es a una célula eucarionte. 81 ( ) Están representados por bacterias. ( ) No presenta cromosomas múltiples. ( ) Carece de membrana nuclear. ( ) La reproducción se realiza por división binaria. ( ) Presentan verdadero núcleo que contiene a los cromosomas y uno o más nucleolos. ( ) Presencia de organelos como cloroplastos en los fotoautótrofos, mitocondrias y vacuolas. Biología I Unidad 2 7. ( ) Selecciona la opción que completa correctamente el siguiente cuadro con la información de la estructura y/o la función y el tipo de célula al que pertenece. Anota en el paréntesis la opción seleccionada. ESTRUCTURA FUNCIÓN TIPO DE CÉLULA Regula el paso de sustancias hacia I afuera de la célula y viceversa a Eucarionte través del transporte activo. Pared celular II Lugar Núcleo donde Procarionte y Eucarionte se encuentra la información genética. III Presenta el ADN circular y carece de membrana nuclear. Mitocondrias IV I Eucarionte II III IV a) membrana celular protección y control hipoosmótico procarionte respiración celular b) retículo endoplásmatico regulación de sustratos eucarionte síntesis proteicas c) sistema lisosomal protección procarionte reserva de nutrientes d) tonoplasta selección de nutrientes eucarionte respiración 8. Anota sobre la línea la letra F si el enunciado es falso y una V si es verdadero. ( ) La Teoría endosimbiótica se basa en el proceso de plegamiento de la membrana. ( ) En la teoría endosimbiótica la relación que se establece se caracteriza porque ambos organismos asociados se benefician. ( ) Una cianobacteria fotosintética dio origen a la mitocondria. ( ) La Teoría endosimbiótica se apoya con el hecho de que los cloroplastos y las mitocondrias presentan ADN independiente del existente en el núcleo de la célula. ( ) Probablemente una bacteria aerobia dio origen a los cloroplastos. 82 Biología I Unidad 2 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 7 8 Respuesta correcta b a c d b P,P,P,P,E,E a F, V, F, V, F Sugerencias Si contestaste menos de la mitad de los reactivos o te equivocaste repasa de nuevo la guía y consulta el libro de Alexander, P. et al. Biología. Pearson Prentice Hall. 1992. 83 Biología I Unidad 2 2.2 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR APRENDIZAJES Describir el modelo procarionte a partir del reconocimiento de los organoides y sus funciones. Describir el modelo eucarionte a partir del reconocimiento de los organoides y sus funciones. Comparar los modelos eucarionte vegetal y animal. Una de las características que se toma en cuenta para diferenciar a las células es su complejidad estructural, y la otra su información genética. Como se mencionó anteriormente, esto permite distinguir dos tipos de células: procarionte y eucarionte. La célula procarionte se presenta en los organismos “más sencillos” de estructura, suele medir entre 0.2 y 10 micras y su gran peculiaridad es ser anucleada, es decir, carece de núcleo, por lo tanto no tiene membrana nuclear y el ácido desoxirribonucleico está libre en el citoplasma y no se encuentra asociado con histonas. A continuación se describen en forma breve las estructuras y funciones que presenta una célula procarionte. El citosol es una solución coloidal formada por agua, pequeñas moléculas inorgánicas, orgánicas y biopolímeros disueltos, cuya función es realizar las reacciones bioquímicas que consisten en el metabolismo celular permitiendo la difusión de las sustancias de un lugar a otro. La membrana plasmática de la célula procarionte es una bicapa lipídica con proteínas insertadas que está rodeada exteriormente por la pared celular y su función es controlar el paso de sustancias (a su vez realiza las actividades de la respiración celular y la fotosíntesis, ésta última en ciertos organismos). En el interior sólo hay ribosomas y unas invaginaciones o pliegues interiores de la misma denominados mesosomas. La pared celular presenta una cubierta hecha de diversos biopolímeros, y cada uno de ellos envuelve completamente a la membrana plasmática. Su composición química es un polímero de la glucosa: la mureína, y está formado por dos derivados de la glucosa: la N-acetilglucosamina y el 84 Biología I Unidad 2 ácido N-acetilmuránico, este último es exclusivo de la célula procarionte, además de peptidoglucano. Dentro de la membrana plasmática se encuentra el material genético; está más o menos condensado en una región denominada nucleoide o ácido desoxirribonucleico circular el cual presenta una doble hélice sin extremos, es decir, en forma circular. La función del nucloide es almacenar, replicar y transcribir la información genética. También se localizan en esa región los ribosomas 70S, que son pequeñas partículas hechas de ácido ribonucleico ribosomal y de decenas de moléculas proteicas asociadas, cuya función es sintetizar a las proteínas y traducir el ácido ribonucleico mensajero. Para realizar la función de movilidad esta célula presenta un flagelo que tiene forma de un pequeño látigo y está formado por unas cuantas proteínas, en especial la flagelina (fig.2.2.1). Figura 2.2.1 Microfotografía y esquema del modelo de célula procarionte (Purves:2003). * Tabla resumen de los componentes de una célula procariótica (Salisbury F. y Ross C.; 1992). PARED CELULAR (CON O SIN CÁPSULA) MEMBRANA PLASMÁTICA o plasmalema (algunas veces con invaginaciones denominadas mesosomas) NUCLEOIDE (cadena circular sencilla de ADN, el material genético) CITOPLASMA o Citosol (todas las sustancias contenidas por la membrana plasmática excepto el nucleoide) Ribosomas (sitios de la síntesis de proteínas) de 15 nm de diámetro. Vacuolas (estructuras saculares más pequeñas que las células vegetales). Vesículas (vacuolas pequeñas). Depósitos de reserva (azúcares complejos y otros materiales). 85 Biología I Unidad 2 FLAGELOS (estructuras filiformes que sobresalen de la superficie celular, para movimiento, formadas por dos cadenas de flagelina, de 15 a 20 nm, más pequeñas que un microtúbulo). * No todas las células procariontes tienen estas estructuras. 86 Biología I Unidad 2 La célula eucarionte (fig. 2.2.2), a diferencia de la procarionte, presenta varias estructuras membranosas tales como membrana celular, núcleo, membrana nuclear, citoplasma, citoesqueleto, ribosoma, peroxisoma, lisosoma, etc. A estas estructuras membranosas y subestructuras se les conoce también como organelos. Figura 2.2.2 Modelo de célula eucarionte (Galván y Bojórquez; 2002). A continuación se proporcionan las características y funciones de los organelos que forman parte de los modelos eucarionte vegetal como animal. La membrana celular es la capa más externa de la célula viva y recubre el citoplasma, está formada fundamentalmente por lípidos y proteínas. Se divide en tres capas: la capa externa y la interna están constituidas por proteínas y la intermedia por una doble capa de lípidos. Actualmente con la ayuda del microscopio electrónico se ha observado que la membrana es como un modelo tipo mosaico fluido; éste propone una doble capa de fosfolípidos con sus extremos polares orientados hacia las superficies interna y externa y sus extremos apolares hidrofóbicos dirigidos en yuxtaposición hacia el centro de la bicapa, las proteínas pueden localizarse en la superficie exterior o en la interior de la bicapa lipídica (proteínas extrínsecas) o bien en la matriz 87 Biología I Unidad 2 fosfolipídica (proteínas intrínsecas); algunas están embebidas en la bicapa pero asoman hacia el exterior, el interior o ambos lados (fig.2.2.3). A. modelo completo de la membrana con las proteínas insertadas. B. Sección de la bicapa de la membrana con los fosfolípidos en ambos lados. Figura 2.2.3 Estructura de la membrana (Galván y Bojórquez; 2002). La membrana tiene una doble función, proporciona protección y aislamiento; además es la vía por donde se produce el intercambio de sustancias entre la célula y el medio exterior, mediante procesos de difusión, transporte activo, así como de ósmosis. En algunas células la membrana externa está rodeada por una pared rígida o película dura. Estas estructuras externas son aditamentos inanimados de la superficie de la membrana que no afectan de modo sustancial la permeabilidad de la célula. En las plantas, la cubierta exterior se denomina pared celular y está compuesta de celulosa. La pared celular brinda sostén e incluso puede evitar que la célula reviente en los medios hipoosmóticos. La pared celular es el producto de las actividades sintéticas del protoplasto (protoplasma de la célula vegetal). El citoplasma es un líquido viscoso de consistencia gelatinosa y su estructura corresponde a la de un coloide (constituido por una gran cantidad de moléculas de diferentes tamaños), en el que están suspendidos los organelos y las microestructuras celulares. El citoesqueleto está constituido por tres grandes sistemas de filamentos: los microtúbulos, los microfilamentos y los filamentos intermedios. Estos filamentos se encuentran por todo el 88 Biología I Unidad 2 citoplasma e interaccionan con la mayoría de las membranas de la célula. El citoesqueleto está involucrado en funciones celulares sumamente importantes, entre ellas tenemos: regulación del movimiento de algunas proteínas de membrana, división celular, transporte citoplásmico, contracción, movimiento celular, etc. Las funciones del citoesqueleto están reguladas por numerosas proteínas que se asocian a los filamentos debido a la acción hormonal. Tanto los filamentos como sus proteínas asociadas pueden presentar anomalías que se expresan finalmente como alguna patología celular. Entre las enfermedades en las que el citoesqueleto se altera están la enfermedad de Alzheimer, algunos padecimientos en los que se afecta la forma de los eritrocitos y el cáncer. El retículo endoplásmico es una red de membranas en forma de plegamientos que parecen separar porciones de citoplasma y forman una red ininterrumpida que se prolonga desde la membrana celular hasta la membrana nuclear. En algunas regiones de la célula se ve como una serie de discos o sacos aplanados. En muchas partes de la célula el retículo endoplásmico está asociado con unos pequeños gránulos densos situados a lo largo del borde exterior de su membrana. Estas estructuras se denominan ribosomas y le dan aspecto rugoso a ciertas regiones del retículo, por lo que éste se conoce como retículo endoplásmico rugoso en estas regiones, se asocia con la actividad de síntesis de proteínas. El retículo endoplásmico liso no contiene ribosomas y se observa en regiones celulares que participan en la síntesis y el transporte de lípidos o en la destoxificación de una variedad de venenos. La función del retículo endoplásmico es transportar las moléculas, las proteínas y los lípidos, y probablemente otras moléculas. También puede servir de almacén de enzimas, como las que participan en la síntesis de esteroides, de ahí que se piense que influye en la biosíntesis de estos compuestos. Las vacuolas son regiones transparentes y bien definidas del interior de la célula que contienen agua y materiales disueltos. Funcionan como depósitos de líquidos y sales que, de otra manera, podrían interferir con los procesos metabólicos que ocurren en el citoplasma. La membrana que rodea a la vacuola se conoce como tonoplasto; por ejemplo, los organismos que viven en agua dulce tienen esta estructura que les es útil para impedir la acumulación de líquidos. En diversas células existen vacuolas que contienen enzimas digestivas y que se forman alrededor de partículas alimenticias ingeridas. El complejo de Golgi posee una estructura membranosa que semeja a una pila de sacos o vesículas aplanadas y son continuación de los canales del retículo endoplásmico liso; están limitados por una membrana llamada dictiosoma. La porción externa del complejo de Golgi 89 Biología I Unidad 2 expulsa su material secretorio dentro de glóbulos rodeados por una membrana llamada vesícula secretora y que emigran hacia la superficie de la célula. Las vesículas son más pequeñas que las vacuolas y desempeñan una variedad de funciones, de las cuales el transporte es una de las más importantes. La principal función del complejo de Golgi es el almacenamiento, la modificación y el empaque de sustancias de secreción, debido a que están particularmente desarrolladas en células secretorias como el páncreas. Las mitocondrias son organelos esféricos o con forma de puro particularmente prominentes en células con gran actividad metabólica. Las mitocondrias tienen doble pared; una membrana exterior lisa que representa los límites externos y una membrana interna sumamente plegada. Los pliegues o crestas se proyectan hacia el interior del organelo y poseen una variedad de enzimas embebidas en su estructura. Estas enzimas participan en la degradación sistemática de moléculas orgánicas para producir la energía que la célula necesita. En la mitocondria se desarrolla el proceso de fosforilación oxidativa en íntima conexión con los procesos de respiración celular, cadenas respiratorias; al igual que los cloroplastos las mitocondrias tienen su propio ADN y sus propios ribosomas, es decir, se multiplican independientemente del resto de la célula y al parecer controlan la síntesis de sus propias membranas. Los cloroplastos son organelos exclusivos de organismos autótrofos fotosintéticos del reino Plantae que están rodeados por una membrana externa que rodea a una matriz, el estroma. En el estroma aparece una serie de membranas que adoptan la forma de bolsas aplanadas, los tilacoides. Estas bolsas aplanadas o tilacoides, forman apilamientos que recuerdan a una fila de monedas y se les denomina grana. Las membranas de los tilacoides contienen los pigmentos: clorofila y carotenoides que se encargan de realizar la fotosíntesis, esto es, la captación de la energía luminosa para transformarla en energía química. Los ribosomas son una serie de cuerpos esféricos o elípticos, constituidos por dos subunidades de ácido ribonucleico y proteínas de diferente tamaño. En los ribosomas se ensamblan las moléculas de proteínas; en ocasiones varias unidades de ribosoma se asocian a través de una cadena de ácido ribonucleico, dando lugar a una estructura denominada polisoma. Los ribosomas participan en la síntesis de proteínas, debido al ácido ribonucleico que contienen. Los lisosomas se asemejan por su forma a las mitocondrias, pero son más pequeños y tienen una sola membrana delimitante. Contienen enzimas tan poderosas como las enzimas hidrolíticas (lipasa, proteasa, amilasa, etc.) que de no estar encerradas dentro de la membrana lisosómica 90 Biología I Unidad 2 impermeable, digerirían los componentes celulares. Los lisosomas participan en la digestión intracelular y quizá también sean importantes para la destrucción de ciertas estructuras durante el proceso de desarrollo. Los peroxisomas presentan forma de vesículas y son los responsables de catalizar las reacciones de formación y destrucción de peróxido, así como de la oxidación de ácido glicólico, propio de los vegetales. El núcleo generalmente se localiza en la porción central de la célula y está separado del citoplasma por una envoltura formada por dos membranas (membrana nuclear); que se fusionan en ciertas zonas y en las que se forman poros (orificios) que sirven como salida directa para ciertas sustancias del núcleo. Todo el ácido desoxirribonucleico cromosómico se encuentra empaquetado en fibras de cromatina gracias a su asociación con una cantidad igual de proteínas llamadas histonas. El contenido nuclear (nucleoplasma) se comunica con el citosol por medio de unas aberturas de la envoltura nuclear denominadas poros nucleares y contiene también al nucleolo. El núcleo es una de las partes más importantes de la célula, debido a que es el responsable de regir los procesos de reproducción de la célula, además proporciona información hereditaria a través del ácido desoxirribonucleico que forman los cromosomas presentes en él. El nucleolo es un denso corpúsculo que contiene las unidades de los ribosomas, está constituido en gran parte por ácido ribonucleico y proteínas; representa una estación de tránsito y acumula el ácido ribonucleico (ARN) en espera de pasar al citoplasma. El nucleolo es responsable de la formación de ribosomas y adquiere particular importancia durante el proceso de división celular; sin embargo, también se manifiestan en células que ya no se dividen, por ejemplo, en los leucocitos de la sangre. A su vez, el nucleolo participa en el metabolismo del ARN. Los centriolos parecen un par de varillas cilíndricas; están situados justo encima de la membrana del núcleo y dado que sus ejes longitudinales son perpendiculares entre sí, forman una cruz. La estructura microtubular del centriolo es idéntica a la del cuerpo basal. La función del centriolo es la formación de cilios y undulipodios, así como el control de la actividad de los mismos, y probablemente intervienen en la formación del huso acromático, una estructura esencial en los procesos de división celular (mitosis y meiosis). Los cilios y undulipodios son estructuras piliformes (con forma de pelos) ancladas por uno de sus extremos y capaces de ejecutar diversos movimientos con su extremo libre, están forrados por una membrana continua con la membrana celular. Deben su movilidad a estructuras llamadas 91 Biología I Unidad 2 microtúbulos, son estructuras cilíndricas largas y huecas; constan de dos subunidades proteínicas llamadas alfa tubulina y beta tubulina, que se combinan para formar la unidad básica del microtúbulo. Estos pares unitarios se apilan extremo con extremo para formar un largo hilo denominado protofilamento. Trece de estos protofilamentos están dispuestos unos al lado de otros, en sentido paralelo, formando un círculo, algo así como los postes de una valla circular, con lo cual se integra el microtúbulo. Presentan otro par de túbulos en el centro y los conjuntos periféricos están formados por dobletes de tubos, además presentan un cuerpo basal; una característica de los cilios y undulipodios maduros es que no se encuentran incluidos en el citoplasma, sino salen de él y generalmente obtienen el recubrimiento de la membrana. Los undulipodios, por lo general, se presentan en poca cantidad (1 a 3) y su longitud es mayor en comparación con la de los cilios, los cuales son muy numerosos y su longitud generalmente es corta. La función primordial de los cilios y undulipodios es dar movilidad a las células, ya sea en forma individual, en el caso de los undulipodios, o bien, en forma conjunta, en el caso de los cilios. En los siguientes dibujos se identifican las estructuras propias de los modelos de la célula animal eucariótica, así como de la célula eucariótica vegetal. Célula animal Célula vegetal Figura 2.2.4 Modelo de células Animal y Vegetal (tomado de Jimeno; 2003). 92 Biología I Unidad 2 En la siguiente tabla se enuncian los organelos que son comunes, así como los exclusivos para los tipos de modelo celular eucarionte vegetal (propio de los organismos del reino Plantae) y animal (correspondiente a los seres ubicados en el reino Animalia). Estructuras de los modelos de las células eucariontes Animal (reino Animalia) y Vegetal (reino Plantae) Organelos Plantae Animalia Membrana Celular sí sí Pared celular sí no Citoesqueleto sí sí Retículo endoplasmático sí sí Complejo de Golgi sí sí Mitocondria sí sí Cloroplastos sí no Lisosoma sí sí Vacuola sí sí Peroxisoma sí no Ribosoma sí sí Núcleo sí sí Nucleolo no sí ADN sí ,doble hélice sí, doble hélice ARN sí sí Membrana nuclear sí sí Centriolo sí sí Como puedes observar, los modelos coinciden en la mayoría de los organelos celulares, sólo se diferencian en unos cuantos. Las mitocondrias, aparato de Golgi, retículo, entre otros organoides, en células vegetales son similares a los de células de animales, pero existen los plastidios, exclusivos de vegetales. Hay dos tipos: los pigmentados (cloroplastos y los cromoplastos) y los no pigmentados o leucoplastos (amiliplastos y oleoplastos), así como las sustancias ergásticas, contenido celular en vacuolas o citoplasma, azúcares, 93 Biología I Unidad 2 almidones, proteínas, grasas, látex, terpenos, aceites esenciales, alcaloides, taninos, glucósidos y cristales, todos ellos de relevancia para la industria farmacológica, cosmética y médica, entre otras. 94 Biología I Unidad 2 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee los enunciados y escribe en el paréntesis de la izquierda el inciso correcto. 1. ( ) ¿Qué tipo de célula observarías a través del microscopio con el fin de encontrar cloroplastos? a) Procarionte. b) Animal. c) Vegetal. d) Eucarionte. 2. ( ) La función de los ribosomas en las células es de… a) sintetizar glucosa. b) degradar lípidos. c) formar aminoácidos. d) sintetizar proteínas. 3. ( ) El organelo que ayuda a mantener la forma de la célula, así como a mover a los cilios o undulipodios es… a) el citoesqueleto. b) la mitocondria. c) el lisosoma. d) el complejo de Golgi. 4. ( ) ¿Cuál es el organelo responsable de llevar a cabo la respiración celular en la célula eucarionte? a) Retículo endoplásmico. b) Complejo de Golgi. c) Mitocondria. d) Nucleolo. 95 Biología I Unidad 2 5. ( ) ¿Cuáles organelos nos permiten saber que una célula eucariótica es autótrofa? a) Mitocondrias y complejo de Golgi. b) Cloroplastos y pared celular. c) Retículo endoplásmico y ribosomas. d) Lisosomas y peroxisomas. 6. ( ) Estructura subcelular que en las células procariontes está formada por una doble capa de lípidos con proteínas insertadas, su función es controlar el paso de sustancias, además de llevar a cabo la respiración celular y la fotosíntesis. a) Citoplasma. b) Pared celular. c) Membrana. d) Núcleo. 7. ( ) ¿Qué organelo tiene como función realizar el almacenamiento, la modificación y el empaque de sustancias de secreción? a) Ribosomas. b) Complejo de Golgi. c) Undulipodios. d) Citoesqueleto. 8. ( ) ¿Qué estructuras presentan las células procariontes? a) Membrana, citoplasma y ADN circular. b) Membrana, citoplasma y núcleo. c) Membrana, citoplasma y nucleolos. d) Membrana, citoplasma y ADN - ARN. 96 Biología I Unidad 2 INSTRUCCIONES: 9. Basándote en la morfofisiología de los diferentes organelos, relaciona las dos columnas que se te presentan a continuación, escribiendo en el paréntesis la letra del organelo correspondiente a las características enunciadas. Características ( ) Organelo Su matriz es rica en enzimas, posee ADN propio y allí se lleva a cabo la respiración celular. ( ( ( ( ) ) ) ) Es una estructura membranosa en forma de pila de a) Aparato de Golgi sacos o vesículas aplastadas llamada dictiosoma. b) Retículo endoplásmico Su membrana es de doble capa y posee poros; es el c) Lisosomas centro de control de la célula por contener ADN. d) Membrana celular Es una red de membranas que en algunas regiones e) Núcleo forma una serie de discos o sacos aplanados. f) Mitocondria Vesículas que liberan enzimas para hidrolizar proteínas y otros materiales; participan en la excreción celular. 97 Biología I Unidad 2 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Respuesta correcta c d a c b c b a f, a, e, b, c Sugerencias Si contestaste menos de la mitad de los reactivos o te equivocaste, repasa de nuevo la guía y consulta el libro de Alexander, P. et al. Biología. Pearson Prentice Hill. 1992. 98 Biología I Unidad 2 2.3 METABOLISMO CELULAR APRENDIZAJES Reconocer las características del ATP, como molécula energética de los sistemas vivos, así como la ganancia y la pérdida de energía en diferentes procesos metabólicos. Describir los procesos metabólicos: anabolismo y catabolismo, analizando el papel de las enzimas en el control energético del metabolismo celular. Describir los diferentes tipos de nutrición celular: Autótrofa: quimiosíntesis y fotosíntesis; Heterótrofa: holozoica, saprobia y parásita. Analizar la importancia de la fotosíntesis en los sistemas vivos y en el ambiente. Comparar los tipos de respiración celular: aerobia, anaerobia y fermentación; etapas, producción de energía y eficiencia biológica. La compleja organización de los sistemas vivos requiere, para su desarrollo y mantenimiento, un ingreso constante de energía a través de las reacciones propias del metabolismo. Cabe destacar que la fuente primaria de energía es el Sol; las plantas son los organismos que capturan la energía de éste. Durante las transformaciones de energía se incrementan el desorden (entropía) del sistema, de tal manera que en cada conversión, el organismo pierde un poco de la capacidad de la energía para realizar trabajo útil, por lo que debe reponer esa pérdida consumiendo más energía. Las reacciones de sustancias energéticas, como los carbohidratos, las grasas y hasta las proteínas, liberan la energía potencial almacenada en esas moléculas al romper sus enlaces químicos. Dicha energía se almacena en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), para utilizarla en actividades vitales de la célula; a este tipo de reacciones se les conoce como endergónicas cuando necesitan o utilizan energía; por ejemplo, las plantas necesitan energía de la luz solar para producir sus alimentos, por lo tanto, la producción de alimento en las plantas es una reacción endergónica. Existe otro tipo de reacción: la exergónica, cuando libera energía, por ejemplo, la célula degrada carbohidratos para liberar energía y almacenarla en forma de ATP. De acuerdo a las Leyes de la Termodinámica, este tipo de reacciones ayuda al equilibrio de los organismos. El trifosfato de adenosina o ATP, actúa como molécula energética biológica, y guarda o cede energía gracias a sus dos enlaces éster-fosfóricos que almacenan cada uno 7.3 kcal/mol. 99 Biología I Unidad 2 Al hidrolizarse se rompe el último enlace éster-fosfórico (desfosforilación) produciéndose ADP (difosfato de adenosina) y una molécula de ácido fosfórico (H 3 PO4) que se suele simbolizar como P, liberándose además la energía 7.3 kcal/mol. ATP + H 2 O ADP + P + energía (7.3 kcal/mol) El ADP también puede ser hidrolizado, rompiéndose el otro enlace éster–fosfórico con lo que se liberan otras 7.3 kcal/mol y se produce AMP (monofosfato de adenosina) y una molécula de ácido fosfórico. ADP + H2 O AMP + P + energía (7.3 kcal/mol) La síntesis de ATP se puede realizar por dos vías que son: 1) Fosforilación en el nivel de sustrato: El ATP se sintetiza con la energía que se libera de una biomolécula (sustrato) al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía, como ocurre en ciertas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Las enzimas que regulan estos procesos se denominan quinasas. 2) Mediante enzimas del grupo de las ATP–sintetasas: El ATP se sintetiza mediante las ATPasas existentes en las crestas de las mitocondrias o en los tilacoides de los cloroplastos, cuando dichas + enzimas son captadas por un flujo de protones (H ). El ATP es la moneda energética de la célula, debido a que representa la manera de tener almacenado un tipo de energía de pronto uso. En todas las reacciones metabólicas en las que se necesita energía para la biosíntesis de moléculas se utiliza el ATP, como también en la contracción muscular, en el movimiento celular, ciliar y flagelar, y en el transporte activo a través de las membranas. En ocasiones son utilizados para el mismo fin nucleótidos como el GTP (guanidín trifosfato), el UTP (uridín trifosfato) o el CTP (citidín-trifosfato). El metabolismo se concibe como el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas “biomoléculas” en otras. Las distintas reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas y las moléculas que en ellas intervienen se llaman metabolitos. Se consideran dos procesos en el metabolismo, uno degradación de materia orgánica o catabolismo, que es la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas, proceso en el que se 100 Biología I Unidad 2 almacena la energía en los enlaces del ATP y posteriormente podrá ser utilizada para reacciones de síntesis orgánicas o para realizar actividades celulares (reacciones exergónicas). Las reacciones catabólicas son reacciones redox, en ellas unos compuestos se oxidan y otros se reducen, por ejemplo, la respiración celular. El otro tipo de reacciones del metabolismo es la construcción de materia orgánica o anabolismo, síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras biomoléculas más sencillas, para lo cual se necesita suministrar energía, proporcionada por los enlaces fosfato del ATP (reacciones endergónicas). En el siguiente cuadro se compara el tipo de reacciones que presentan el catabolismo y el anabolismo. Reacciones catabólicas Reacciones anabólicas Son reacciones de degradación. Son reacciones de síntesis. Son reacciones de oxidación. Son reacciones de reducción. Desprenden Requieren energía, por lo tanto son exergónicas. A partir de muchos sustratos diferentes se por lo tanto son endergónicas. forman casi siempre los mismos productos (CO2, ácido pirúvico, etanol). energía A partir de unos pocos sustratos se pueden formar varios productos diferentes. Hay divergencia en los productos. Hay convergencia en los productos. La liberación y el almacenamiento de energía están regulados por sustancias llamadas enzimas, proteínas consideradas catalizadores de todas las reacciones químicas fundamentales para la vida; por ello se les da el nombre de biocatalizadores. Su extraordinaria capacidad catalizadora hace posible que en el organismo tengan lugar reacciones químicas que, de no ser así, requerirían elevadas temperaturas o condiciones particulares de pH y presión incompatibles con la vida. La dirección en que se verifica una reacción está siempre determinada por la ley de acción de masas y por la disponibilidad de energía libre. Hay que considerar, por tanto, que una enzima pueda acelerar la descomposición de una determinada sustancia, y asimismo es capaz de aumentar la síntesis de la misma. Así ocurre, efectivamente, cuando se dan las condiciones termodinámicas necesarias. 101 Biología I Unidad 2 Una peculiaridad de las enzimas es su elevada especificidad, tanto de reacción como de sustrato. Las enzimas son responsables de reconocer a los sustratos específicos y actúan sobre ellos actividad enzimática de su sitio activo y no sobre otros tipos de sustancias (modelo de llave y cerrojo o de ajuste inducido) (fig. 2.3.1). Figura 2.3.1 Modelo de la sustrato) (Enciclopedia CN1, llave y el cerrojo (enzima1984). Los componentes de un grupo de enzimas reciben la denominación del sustrato sobre el cual actúan, añadiéndoseles el sufijo –asa: por ejemplo ureasa, de urea; peptidasas, de péptidos; otras enzimas conservan una denominación tradicionalmente empírica, como pepsina, tripsina, algunas reciben el nombre de la reacción que catalizan, como enzima condensante, acil-transferasa. La mayor parte de las enzimas están constituidas por proteínas puras o por metaloproteínas. Algunas enzimas, además de contener una parte proteica (apoenzima), constan de un grupo no proteico (coenzima) que deriva corrientemente de un factor vitamínico. Al conjunto de ambas partes se le denomina holoenzima. La biosíntesis de las enzimas está regulada por el patrimonio genético específico (ácidos nucleicos) de las células, de ahí el aforismo “un gen una enzima”. No obstante, tanto la biosíntesis como la actividad enzimática en las células pueden estar influenciadas por factores ambientales, especialmente por la temperatura, pH y la concentración del sustrato. 102 Biología I Unidad 2 Como ya se mencionó, todos los seres vivos requieren de energía para efectuar sus funciones metabólicas, la manera de obtenerla es mediante la nutrición, proceso por el cual los organismos toman del medio las materias primas necesarias para efectuar sus diferentes funciones. Si la fuente de energía es la luz y la materia el dióxido de carbono (CO2) atmosférico, se habla de metabolismo autótrofo y se trata de fotosíntesis, que se resume en la ecuación de la reacción siguiente: 6 H2 O + 6 CO2 luz C6 H12 O6 + 6 O2 clorofila agua + dióxido glucosa + oxígeno de carbono Si la energía se obtiene de sustancias químicas inorgánicas como el H 2S, el proceso metabólico es el de quimiosíntesis, propio de algunas bacterias. Ahora bien, si la fuente de energía es materia orgánica se trata de nutrición heterótrofa, y ésta la realizan la mayoría de las bacterias, hongos y animales, y puede ser a su vez de tres tipos: Saprofita: degradan la materia orgánica, ejemplo, hongos y algunas bacterias. Parásita: viven dentro o fuera de otro organismo que les alimenta causándole daño, ejemplo, piojos, garrapatas, solitaria. Holozoica: realizan los mecanismos de nutrición a través de un aparato y pueden ingerir alimentos de diferente origen. Como se mencionó, las plantas capturan la energía del Sol y la convierten en energía química que se almacena en las sustancias orgánicas como la glucosa, mediante la fotosíntesis. Los factores necesarios para la fotosíntesis son los siguientes: Energía radiante del Sol. Agua. Clorofila. Dióxido de carbono. La fotosíntesis se lleva a cabo en dos fases: Fase luminosa. Consta de una reacción acíclica y una cíclica. En la reacción acíclica las unidades receptoras de la energía luminosa son los sistemas de pigmentos I, carotenos, clorofila a y b, así como los sistemas de pigmentos II que contienen también clorofila a y b, y el carotenol. Las longitudes de onda varían de un sistema a otro de 680 nm (nanómetros) a 700 nm. Los electrones son excitados a través de la luz solar en ambos sistemas I y II, elevándolos a niveles de alta energía, los cuales son aceptados por 103 Biología I Unidad 2 compuestos en los fotosistemas I y II; estos electrones descienden gradualmente al ser aceptados por una serie de transportadores al NADP (nicotinamida-adenín-dinucleótido-fosfato), que los conducirá a las reacciones oscuras. En esta fase es cuando se realiza la fotólisis del agua (disociación o ruptura de una + - molécula de agua), se ioniza en H y OH , los hidrógenos del agua se incorporan al NADP (en su forma oxidada) para reducirlo a NADPH. En la reacción cíclica los fotones de la luz al llegar a la molécula de clorofila excitan los electrones, llevándolos a niveles más altos de energía en el sistema de pigmentos. Los electrones son atrapados por el receptor inicial, el núcleo atrae los electrones que, al regresar a la molécula de clorofila, desprenden la energía tomada, que se emplea para fijar grupos fosfato de alta energía ADP para formar ATP. Los electrones retornan a la clorofila por una serie de pasos a través de aceptores o transportadores de electrones, promoviendo la formación de dos moléculas de ATP durante la fotofosforilación cíclica. Fase oscura: una pentosa, la ribulosa 1,5 difosfato (RuDP) energizada por el ATP y catalizada por la enzima ribulosa difosfato carboxilasa, capta el CO 2 y forma un compuesto inestable de seis átomos de carbono, el cual se rompe formando dos moléculas de tres carbonos, el ácido trifosfoglicérico (PGA), que después al fosforilarse origina dos moléculas de ácido 1,3 difosfoglicérico (DPGA); los transportadores de hidrógeno: NADPH2 (que obtuvieron los hidrógenos de la fotólisis del agua durante la fase luminosa), ceden los hidrógenos a las moléculas de DPGA, que al reducirse originan moléculas de gliceraldehído 3 y al fosfato (PGAL) (la mayor cantidad de PGAL genera la formación de nuevas moléculas de la pentosa: ribulosa 1,5 difosfato, con la que se reinicia el ciclo y sólo una mínima proporción pasará a formar carbohidratos). La importancia de la fotosíntesis es que a través de las plantas se convierte la energía radiante solar en energía química, almacenada en las sustancias orgánicas como la glucosa. Esa energía recorre el mundo vivo conforme las plantas son ingeridas por los diferentes organismos; éstos transforman la energía de su alimento y generan un almacén de energía química que sufre continuos cambios en los niveles celular y subcelular. La energía almacenada en moléculas orgánicas como la glucosa, grasas y, en última instancia, proteínas, se utilizan por los organismos para “extraer” la energía y almacenarla en la forma biológicamente útil (ATP) a través del proceso de respiración celular. Como anteriormente se informó, la respiración es una reacción catabólica y puede ser: Anaerobia, que no requiere oxígeno. Aerobia, que requiere oxígeno. La respiración anaerobia se representa por las reacciones de la glucólisis y la fermentación; ambas se refieren básicamente al mismo proceso, aunque sus productos finales son distintos. El término glucólisis 104 Biología I Unidad 2 aplica a las células animales, mientras que la fermentación se reserva para las reacciones que acontecen en las bacterias y las levaduras. La glucólisis divide una molécula de glucosa, tras varias reacciones de fosforilación, reducción y síntesis de ATP (fase 1, 2 y 3) (fig. 2.3.2) en un azúcar de seis carbonos en dos moléculas de tres átomos de carbono, el piruvato. Esta división libera una pequeña fracción de la energía química almacenada en la glucosa, parte de la cual se utiliza para generar dos moléculas de ATP. La presencia de oxígeno tiene consecuencias sólo en los procesos que siguen a la glucólisis. En condiciones anaeróbicas habitualmente el piruvato se convierte por fermentación en lactato o en etanol. La glucólisis no requiere oxígeno y se lleva a cabo exactamente de la misma manera en condiciones aeróbicas (con oxígeno) y anaeróbicas (sin oxígeno), por lo tanto es la parte común a cualquier tipo de respiración (fig. 2.3.2 glucólisis). Fase 1: Fosforilación; se consumen 2 ATP. 105 Fase 2: Oxidación y formación de un enlace fosfatídico de alta energía. Síntesis de 2NADH y 2ATP. Biología I Unidad 2 Figura 2.3.2 Glucólisis (Galván y Bojórquez; 2002). La Fermentación se puede dar por varias vías, según la molécula que se reduce, como el ácido láctico, y el etanol, pero la molécula es siempre orgánica. La fermentación láctica se realiza en los músculos, sobre todo durante el ejercicio intenso; cuando el oxígeno no es suficiente, entonces el ácido pirúvico se vuelve aceptor de hidrógeno y se forma el ácido láctico (C3H6O3), como se ilustra en la siguiente reacción. C6 H12 O6 2(C3H6O3) + Glucosa (2ATP) ácido láctico + energía química La fermentación alcohólica se da cuando las dos moléculas de ácido pirúvico se degradan para formar dos moléculas de CO2 y dos moléculas de alcohol etílico (C2 H6 O), más dos moléculas de ATP; este proceso lo llevan a cabo las células de levadura del género Sacharomyces (son productoras del alcohol). C6 H12 O6 Glucosa 2(C2 H6 O) + 2CO2 + (2ATP) Alcohol etílico + Bióxido de carbono + trifosfato de adenosina El hombre aprovecha este tipo de fermentación para la industria de bebidas alcohólicas y lácteas; otros tipos de fermentación son la metánica y butírica. Tanto la glucólisis como la fermentación se llevan a cabo en la parte líquida del citoplasma, y producen + poca energía, sólo dos moléculas de ATP y dos moléculas del portador de electrones NADH pero sin ella la vida se extinguiría rápidamente. 106 Biología I Unidad 2 Si el proceso requiere de O2 entonces la glucólisis forma parte de la respiración aerobia. La mayoría de células eucarióticas son de respiración aerobia, esto es, usan principalmente compuestos orgánicos entre ellos los carbohidratos (glucosa: C6 H12 O6, como combustible respiratorio) y el oxígeno, que al final convertirán por acción enzimática y por una serie de reacciones en etapas graduales en bióxido de carbono (CO2), agua (H2 O) y energía química almacenada en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) (fig.2.3.3 respiración aerobia). Figura 2.3.3 Respiración aerobia (Galván y Bojórquez; 2002). El proceso de respiración aerobia se representa con la reacción: C6 H12 O6 Glucosa CO2 + ATP + H2 O dióxido de carbono + trifosfato de adenosina + agua Este proceso inicia también con la glucosa como combustible, y se lleva a cabo en tres etapas: la primera es la glucólisis, que ya conoces, a la cual le siguen el ciclo de Krebs (o del ácido citríco) y la cadena respiratoria. Como se expuso antes, los productos de la glucólisis son 2 ATP + 2NADH + y 2 piruvatos, con los cuales inicia el ciclo de Krebs; éste se lleva a cabo en las mitocondrias mediante complejas reacciones químicas (carboxilación, descarboxilación e hidrogenación y deshidrogenación). El ácido pirúvico que tiene tres carbones pierde un carbón (descarboxilación) y forma el ácido acético (C2H4O2) con dos carbonos y se libera CO2; la enzima acetil–coenzima A se condensa con el ácido oxalacético y se produce el ácido cítrico de seis carbonos, y éste tiene varias transformaciones que en 107 Biología I Unidad 2 forma progresiva pierde un CO2 y queda una molécula de cinco carbonos llamada ácido oxalosucciníco, que al seguirse transformando forma una molécula de cuatro carbonos que es el ácido oxalacético que en estas condiciones inicia otro ciclo de Krebs. Todas las moléculas del ácido pirúvico que se formaron en la glucólisis realizan el ciclo, por lo cual se llevan a cabo dos ciclos por cada molécula de glucosa; la última etapa de la respiración aerobia es la cadena respiratoria, en la cual es capturada, en las moléculas de ATP, la energía obtenida en la respiración aerobia para ser usada por la célula en el metabolismo. La energía se obtiene por reacciones en las que el hidrógeno es desplazado por los transportadores o aceptores de hidrógeno en forma ordenada, hasta llegar a su aceptor final que es el oxígeno con el que forma agua, que es también producto de la respiración aerobia. Al final del proceso respiratorio se obtiene una ganancia energética de treinta y ocho moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que sirve como combustible en la respiración aerobia, debido a que se tiene por cada par de electrones, que se transportan a lo largo de la cadena, la síntesis de tres moléculas de ATP, por lo tanto tenemos: 1. De dos pares de electrones eliminados de la glucólisis (tres por dos hidrógenos) seis ATP. 2. Por síntesis directa de la glucólisis dos ATP. 3. En la transformación del ácido pirúvico en acetil coenzima A por eliminación de dos electrones se sintetizan tres ATP, pero como ocurre dos veces son seis ATP. 4. Por síntesis directa del ciclo de Krebs, un ATP (se duplica) en dos ATP. 5. Por eliminación de cuatro pares de hidrógeno en el ciclo de Krebs, tres pares producirán tres ATP cada uno: nueve ATP y un par más producirá dos ATP (procede del ácido succínico directamente del FAD), dos ATP (éstos se duplican porque ocurre dos veces) once ATP. EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Anota en el paréntesis de la izquierda el inciso correcto de cada enunciado. 1. ( ) Son reacciones de oxidación, desprenden energía y hay convergencia en los productos. a) Anabolismo. b) Enzimas. c) Catabolismo. d) ATP. 108 Biología I Unidad 2 2. ( ) Son reacciones de síntesis, forman varios productos que son diferentes y presentan divergencia en ellos. a) ATP. b) Catabolismo. c) Enzimas. d) Anabolismo. 3. ( ) Es un tipo de catabolismo, donde acepta los hidrógenos. a) Nutrición. b) Reproducción. c) Respiración. d) Circulación. 4. ( ) Vía constructiva del metabolismo, a partir de moléculas sencillas a síntesis de moléculas complejas. a) Catabolismo. b) Enzimas. c) Anabolismo. d) ATP. 5. ( ) Organismos que realizan el anabolismo heterótrofo. a) Plantas. b) Bacterias. c) Protozoarios. d) Hongos. 6. ( ) La molécula que actúa como energía biológica y puede guardar o ceder energía gracias a sus enlaces es: a) AMP (adenosina monofosfato). 109 Biología I Unidad 2 b) H2 O (agua). c) ATP (adenosina trifosfato). d) NAD (dinucleotido nicotidamina adenina). 7. ( ) Vías por las cuales se realiza la síntesis de ATP. a) Enzimas y respiración. b) Catabolismo y enzimas. c) Anabolismo y catabolismo. d) Fosforilación y enzimas. 8. ( ) ¿Qué cantidad almacena el ATP? a) 3.7 kcal/mol b) 4.5 kcal/mol c) 7.3 kcal/mol d) 12.5 kcal/mol 9. ( ) ¿Qué requieren los seres vivos para su desarrollo y mantenimiento? a) Agua. b) Proteínas. c) Energía. d) Vitaminas. 10. ( ) ¿Qué se produce cuando se hidroliza al máximo el ATP? a) ADP (adenosina difosfato). b) NAD (dinucleotido nicotidamina adenina). c) GTP (trifosfato de guanidina). d) AMP (monofosfato de adenosina). 11. ( ) Son llamados biocatalizadores, regulan todas las reacciones químicas y dependen de la temperatura y el sustrato. a) Anabólicos. 110 Biología I Unidad 2 b) Catabólicos. c) Sustratos. d) Enzimas. 12. ( ) Sustancias con elevada especificidad tanto de reacción como de sustrato, nos referimos a: a) Proteínas. b) Vitaminas. c) Enzimas. d) Carbohidratos. 13. ( ) La mayor parte de las enzimas están constituidas por: a) carbohidratos. b) lípidos. c) vitaminas. d) proteínas. 14. ( ) El modelo de llave - candado se refiere a: a) sitio activo. b) sitio inactivo. c) ambos. d) sitio permeable. 15. ( ) La biosíntesis de las enzimas está regulada por: a) proteínas. b) fosfolípidos. c) ácidos nucleicos. d) carbohidratos. 16. ( ) ¿Cuáles son los factores que influyen en la biosíntesis de la actividad enzimática? a) Salinidad y pH. b) Temperatura y pH. 111 Biología I Unidad 2 c) Humedad y calor. d) Calor y temperatura. 17. ( ) Organismos que almacenan sustancias orgánicas que provienen de la energía solar al transformarlas en energía química. a) Plantas. b) Hongos. c) Animales. d) Protozoarios. 18. ( ) Son organismos cuya fuente de energía es química a partir de compuestos orgánicos en ambientes extremos. a) Bacterias. b) Hongos. c) Animales. d) Plantas. 19. ( ) Son organismos que catabolizan materia orgánica por absorción de nutrientes orgánicos. a) Plantas. b) Animales. c) Hongos. d) Protistas. 20. ( ) Son organismos cuya fuente de energía es química a partir de compuestos inorgánicos por oxidación. a) Bacterias. b) Plantas. c) Hongos. d) Algas. 21. ( ) Su alimentación es heterótrofa y pueden vivir dentro o fuera de otro organismo, son: a) saprofitos. 112 Biología I Unidad 2 b) holozoicos. c) parásitos. d) fotosintéticos. 22. ( ) En la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis ocurre el siguiente evento: a) se rompe la molécula de agua liberando oxígeno. b) se fija la molécula de bióxido de carbono. c) se sintetizan dos moléculas de ATP. d) se produce bióxido de carbono. 23. ( ) Inicia con la molécula de dióxido de carbono para obtener una molécula de carbohidrato (glucosa), es: a) El ciclo de Calvin. b) La fase luminosa. c) La glucólisis. d) El ciclo de krebs. 24. ( ) Etapa metabólica que inicia con la oxidación y descarboxilación del ácido pirúvico, y termina con la formación de ácido oxalacético; hablamos de: a) Fotosíntesis. b) Ciclo de Krebs. c) Glucólisis. d) Ciclo de Calvin. 25. ( ) ¿En qué lugar de la célula se realiza la glucólisis y la fermentación? a) Mitocondria. b) Cloroplastos. c) Membrana. d) Citoplasma. 26. ( ) Función que inicia con la glucosa como combustible y se lleva a cabo en tres etapas. a) Respiración aeróbica. 113 Biología I Unidad 2 b) Nutrición heterótrofa. c) Anabolismo. d) Fotosíntesis. 27. Completa la siguiente ecuación química, que representa el proceso de la fotosíntesis, e indica el nombre de los reactivos y los productos. 6 CO2 + 6 H2 O energía luminosa = _______________ + __________________ a + b Reactivos clorofila c d Productos a ____________________ c _____________________ b ____________________ d _____________________ 114 Biología I Unidad 2 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Respuesta correcta c d c a d c d c c a d c d a c b a b c a c a c b d a a) dióxido de carbono b) agua 27 c) carbohidratio (glucosa) d) oxígeno Sugerencias Si contestaste menos de la mitad de los reactivos o te equivocaste repasa de nuevo la guía y consulta el libro de Gama, F. M. A.. Biología I. Pearson Educación. 2000. 115 Biología I Unidad 2 AUTOEVALUACIÓN El tiempo para la resolución de todos los ejercicios: 30 minutos. INSTRUCCIONES: Lee los enunciados y escribe en el paréntesis de la izquierda el inciso correcto. 1. ( ) Toda célula comparte tres características esenciales en su estructura EXCEPTO… a) membrana nuclear. b) membrana celular. c) ribosomas. d) ácido desoxirribunucleico (ADN). 2. ( ) Para representar el concepto de célula es necesario considerar que… a) Los organismos provienen únicamente de otros preexistentes y de la misma estirpe. b) Las funciones vitales sólo se realizan dentro de los sistemas celulares. c) Todos los seres vivos están formados por células, sean uni o pluricelulares. d) Es la unidad básica estructural, funcional y de origen de todos los seres vivos. 3. ( ) Célula que contiene el ADN en una región llamada nucleoide: a) animal. b) procarionte. c) vegetal. d) eucarionte. 4. ( ) Célula que presenta su ADN lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales es… a) procarionte. b) cianofitas. c) eucarionte. d) bacterias. 116 Biología I Unidad 2 5. ( ) Son las células más antiguas que se conocen y su ADN es circular y desnudo: a) protozoo. b) eucarionte. c) vegetal. d) procarionte. 6. ( ) ¿Qué estructura de una célula procarionte es similar a la célula eucarionte? a) Membrana. b) Núcleo. c) Nucleolo. d) Retículo. 7. ( ) De acuerdo con la Teoría Endosimbiótica son organelos que presentan su ADN y un código genético independiente de la célula, hablamos de… a) retículo y citoesqueleto. b) mitocondria y complejo de Golgi. c) cloroplastos y mitocondrias. d) cloroplasto y vacuola. 8. ( ) ¿Qué estructura semejante presentan las bacterias y cianobacterias con la mitocondria y cloroplasto según la Teoría Endosimbiótica? a) Metabólica del citoplasma. b) Molecular de las membranas. c) Funcional del complejo de Golgi. d) Morfológica del ADN. 9. ( ) De acuerdo con la teoría de la endosimbiósis una célula procarionte anaerobia dio origen a… a) mitocondria. b) cloroplasto. c) vacuola. d) complejo de Golgi. 117 Biología I Unidad 2 10. ( ) Mediante el proceso de respiración aerobia o anaerobia la célula… a) produce los alimentos. b) intercambia bióxido de carbono y oxígeno. c) absorbe energía luminosa. d) produce energía en forma de ATP. 11. ( ) La energía solar transformada en energía química se refiere al proceso de… a) anabolismo. b) catabolismo. c) fotosíntesis. d) respiración. 12. ( ) Es un elemento indispensable para que se realice el proceso respiratorio aeróbico... a) dióxido de carbono. b) oxígeno. c) clorofila y luz. d) luz y dióxido de carbono. 13. ( ) En la nutrición el metabolismo que realizan las plantas es de tipo… a) enzimático. b) catabólico. c) anabólico. d) ATP sintetasa. 14. ( ) Son organismos que transforman la energía solar en energía química… a) plantas. b) animales. c) hongos. d) virus. 118 Biología I Unidad 2 15. ( ) La carboxilación, descarboxilación, hidrogenación y deshidrogenación son reacciones que se llevan a cabo en la mitocondria, por lo tanto hablamos de… a) glucólisis. b) ciclo de Calvin. c) fermentación. d) ciclo de Krebs. INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo que se te solicita. 16. Anota en las columnas “Animal” o “Vegetal”, la palabra SÍ, en caso de que exista la estructura, o NO si no existe. Tipos celulares Estructuras celulares Pared celular Cloroplastos Centriolos Reservas de almidón 119 Eucarionte animal Eucarionte vegetal Biología I Unidad 2 CLAVE DE RESPUESTAS Número de pregunta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Respuesta correcta a d b c d a c b a b c b c a d Estructuras celulares Pared celular Cloroplastos Centriolos Reservas de almidón Tipos celulares Eucarionte Eucarionte animal vegetal No Sí No Sí No Sí No Sí 120 UNIDAD 3 DIVERSIDAD BIOLÓGICA Biología I Unidad 3 120 Biología I Unidad 3 3.1 INTRODUCCIÓN A LA DIVERSIDAD BIOLÓGICA APRENDIZAJES Definir diversidad biológica o biodiversidad. Reconocer el campo de estudio de la sistemática y las categorías taxonómicas y su significado. Comparar las propuestas de clasificación de Robert Whittaker y Carl Woese. Los distintos tipos de seres vivos que habitan nuestro planeta en la actualidad son el resultado del proceso de evolución, diversidad y extinción de las especies que han habitado en la Tierra. Se calcula que en la actualidad sólo sobreviven alrededor del 1% de las especies. La riqueza actual de la vida de la Tierra es producto de millones de años de evolución, además que a lo largo del tiempo la cultura humana se adaptó al entorno local, descubriendo, usando y modificando recursos bióticos locales. Muchos ambientes que ahora parecen naturales han tenido miles de años de habitación humana, cruza de variedades locales de plantas y animales, cultivo de plantas, la domesticación y recolección de recursos, llevando a la biodiversidad actual. Se conoce como diversidad biológica o biodiversidad a la variedad de formas de vida, producto de la adaptación de los organismos al ambiente en el que viven. Puede dividirse en tres categorías jerarquizadas que describen diferentes aspectos de los sistemas vivientes y que los científicos miden de diferentes maneras, a saber: Diversidad Genética: se entiende como la variación de los genes dentro de especies. Esto abarca poblaciones determinadas de la misma especie o la variación genética de una población. Diversidad de Especies: se entiende como la variedad de especies existentes en una región. Diversidad de los Ecosistemas: se entiende como la variedad de ecosistemas presentes en el planeta. Es más difícil de medir que las anteriores, porque las fronteras de las comunidades y de los ecosistemas no están bien definidas. Los cálculos estimados de la diversidad de las especies del mundo es muy variada, puede oscilar entre 2 y 100 millones de especies, siendo la estimación más precisa de 10 millones aproximadamente, y de ellas sólo 1.5 millones, aproximadamente, han recibido nombre. Sin embargo, siguen descubriéndose nuevas especies, inclusive de aves y mamíferos. Cada año se descubren como promedio tres nuevas especies de aves; en 1990 se encontró una nueva especie de monos, además se estima que el 40% de los peces de agua dulce de América del Sur todavía no han sido clasificados. 121 Biología I Unidad 3 Este fenómeno no es nuevo ni reciente ya que desde que la vida surgió en sus formas más sencillas, hace aproximadamente 3.5 mil millones de años, los seres vivos se han ido diferenciando generación tras generación en un proceso de evolución continua. Por este motivo los científicos a lo largo de la historia han ideado diversos sistemas para agrupar a los seres vivos según sus características. El sistema más utilizado con algunas modificaciones es el "linneano", creado en el siglo XVIII por el botánico sueco Carl von Linneo (1707-1778). Linneo utilizó su nomenclatura binomial (dos nombres) para nombres específicos, dando un nombre para el género y otro para la especie. En la actualidad se continúa utilizando el sistema de Linneo, aunque los criterios sean nuevos o diferentes a los utilizados por él, ya que ahora los seres vivos también se clasifican sobre la base de criterios genéticos. La Taxonomía agrupa a los seres vivos bajo el criterio de semejanzas entre sí y diferencias con otros seres; estos grupos se clasifican en ocho categorías jerárquicas principales, de la más grande a la más pequeña, que se ilustra en la fig. 3.1.1 con el ejemplo del ser humano (Homo sapiens). Las ocho categorías a veces no suelen ser suficientes para clasificar de forma clara a todos los seres vivos, y es necesario, en algunos casos, crear subdivisiones intermedias, como: Superorden, que agrupa varios Órdenes; Superfamilia, que agrupa varias Familias, y otros. 122 Biología I Unidad 3 CATEGORÍAS TAXONÓMICAS DOMINIO EUKARYA REINO ANIMAL FILUM CORDADOS CLASE MAMÍFEROS ORDEN PRIMATES FAMILIA HOMINIDOS GÉNERO Homo ESPECIE sapiens Figura 3.1.1 Clasificación Taxonómica Humana. En una Taxonomía la especie es la unidad fundamental de la clasificación y se define como el conjunto de organismos que poseen antepasados comunes anatómicos o fisiológicamente similares, presentan capacidad de reproducirse y tiene descendencia fértil. El objetivo de la Sistemática es crear sistemas de clasificación que expresen de la mejor manera posible los diversos grados de parentesco entre los organismos vivos. Aunque en la práctica se usen comúnmente como sinónimos no debe confundirse Sistemática con Taxonomía ya que esta última es el estudio de los principios y prácticas de la Clasificación. La Taxonomía está más centrada en la nomenclatura y el establecimiento de los sistemas jerarquizados y la Sistemática en las relaciones evolutivas. 123 Biología I Unidad 3 La Clasificación es el proceso del establecimiento y definición de los grupos sistemáticos, mientras que la Nomenclatura es la aplicación de nombres a los grupos sistemáticos. Las especialidades que están implicadas directamente en los problemas de la clasificación son la Taxonomía y la Sistemática. Robert Whittaker establece su sistema de clasificación de cinco reinos (fig. 3.1.2), el cual se basa en los niveles de organización celular (que son tres: procariotas Reino Animalia Reino Plantae unicelulares, eucariotas unicelulares y eucariotas pluricelulares) y en los modos de obtención de energía E u c a r i o t a Reino Fungi (autótrofos y heterótrofos); que son: Reino Monera: incluye a los organismos unicelulares procariotas (sin núcleo) autótrofos o heterótrofos. Reino Protista: incluye a los organismos unicelulares eucariotas (con núcleo) autótrofos o heterótrofos. Reino Fungi: reúne a los organismos pluricelulares Reino Protista Reino Monera primera célula viva Presentan P r o c a r i o t a s eucariotas pared (con celular unicelulares y núcleo) de quitina heterótrofos. (como el exoesqueleto de los artrópodos). Reino Plantae: incluye o los organismos pluricelulares eucariotas, fotoautótrofos adaptados a la vida terrestre. Presentan pared celular de celulosa. Reino Animalia: reúne a los organismos pluricelulares eucariotas, heterótrofos. Figura 3.1.2 Forma esquemática que muestra las relaciones evolutivas entre los cinco reinos del sistema de clasificación biológica de Robert Whittaker. Un sistema de clasificación ampliamente aceptado en la actualidad fue el propuesto en 1977 por Carl Woese, microbiólogo estadounidense creador de la nueva taxonomía molecular basada en la comparación entre especies de la llamada secuencia del ARN ribosómico 16s, que comparten todos los seres vivos y que apenas ha sufrido cambios desde la aparición de las primeras formas de vida en nuestro planeta. Se trata de una molécula cuya función está determinada por una estructura concreta, de tal modo que los cambios posibles en la secuencia son pocos a lo largo de la evolución y pueden utilizarse para establecer relaciones filogenéticas. Recuerda que los ribosomas son orgánulos no membranosos, sólo visibles al microscopio electrónico debido a su reducido tamaño (29 nm en célula procariota y 32 nm en eucariota), que están en todas las células vivas (excepto en el espermatozoide) y su función es ensamblar proteínas a 124 Biología I Unidad 3 partir de la información genética del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm).Estas moléculas se conocen como relojes evolutivos. Un análisis filogenético le llevó a Car Woese al descubrimiento de Archaea, sistema de clasificación que consta de tres dominios (fig. 3.1.3). Dominio EUBACTERIA: son las bacterias procariotas con pared celular de peptidoglicano o mureína, como componente principal. Dominio ARCHAEA: incluye a las arqueas, procariotas con pared celular atípica. Curiosamente presentan más similitud con eucariotas que con el resto de bacterias procariotas. Dominio EUKARIOTA: organismos eucariotas, es decir, con material genético "encerrado" en el interior del núcleo; orgánulo de doble membrana con poros proteicos que conectan con el citoplasma. La aceptación de la validez de los Archaea, que son procariotas pero no bacterias, fue un proceso lento; fue hasta mediados de los 80 cuando la creciente cantidad de datos llevó a la comunidad científica a la aceptación del nuevo dominio. 2 Dominio EUBACTERIA Figura 3.1.3 Sistema de clasificación de Woese (Modificado de Purves, et al. Vida. La Ciencia de la Biología). Dominio ARCHAEA Dominio EUKARIOTA 1 Los estudios genéticos realizados permitieron concluir que estos tres dominios tuvieron un ancestro común procarionte (1) y que todos los Archaea actuales comparten un ancestro común (2) más reciente con los Eukarya que con Bacteria, debido al tiempo en el cual estos linajes se separan; a las diferencias entre las tres clases de organismos y sobre todo al hecho de que Archaea está más íntimamente relacionada con los Eukarya que cualquiera de estos dos grupos a las bacterias (tabla 1), tiene sentido tratar a estos tres grupos como dominios, que es una categoría taxonómica superior al reino. 125 Biología I Unidad 3 Tabla 1. Semejanzas y diferencias entre los tres dominios. DOMINIO CARACTERÍSTICAS BACTERIA ARCHAEA EUKARYA Núcleo rodeado por membrana no no sí Organelas rodeadas por membrana no Peptidoglucanos en la pared celular sí no no sí no Enlaces éster Enlaces éter Enlaces éster 70S Formilmetionina 70S Metionina 80S Metionina Operones sí sí no Plásmidos sí sí raro uno Lípidos en la membrana Ribosomas Iniciador del tRNA RNA polimerasas Sensibles al cloranfenicol y a la estreptomicina sí varios no tres no Ribosomas sensibles a la toxina diftérica no sí sí Algunos son metanógenos no sí no Algunos fijan nitrógeno sí sí no Fotosíntesis basada en la clorofila sí no sí El ancestro común de los tres dominios fue un procarionte. Su material genético fue DNA; una maquinaria común para la trascripción y la traducción produjo RNA y las proteínas, respectivamente. Probablemente tuvo un cromosoma circular y muchos de sus genes estructurales se agruparon en operones. En conclusión los Dominios Bacteria, Archaea y Eukarya de hoy son producto de miles de millones de años de selección natural y deriva génica, que además están altamente adaptados a su ambiente natural actual, por lo que podemos decir que ninguno es “primitivo”, todos son producto de la evolución. 126 Biología I Unidad 3 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención los siguientes planteamientos y escribe en los espacios la (s) palabra (s) correcta (s). 1. La variedad de formas de vida, así como la adaptación de los organismos al ambiente en el que viven, se conoce como: _______________________________. 2. Se entiende como la variedad de especies existentes en una región, número de ellas, y la medida que a menudo se utiliza se conoce como: ________________________________. 3. Este nivel de diversidad es difícil de medir porque sus fronteras no están bien definidas, aunque puede medirse su número y distribución, se trata de: ____________________________________. 4. Los estudios genéticos basados en la secuencia molecular del ARN ribosomal 16s permiten concluir que debido al tiempo en el cual los linajes se separan, el dominio ARCHAEA está más íntimamente relacionado con ________________________que con ________________________. INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que contesta correctamente cada una de ellas. 5. ( ) Los seres humanos a lo largo del tiempo han ideado diversos métodos para agrupar a los seres vivos, de tal forma que a partir de la Sistemática logran: a) agrupar bajo criterios de semejanza entre sí y diferencias con otros seres vivos. b) establecer y definir a los grupos sistémicos. c) aplicar nombres a los grupos sistémicos que sean científicamente útiles. d) expresar los diversos grados de parentesco entre los seres vivos. 6. ( ) El sistema de clasificación binomial creado por Carl Von Linneo y que agrupa a los seres vivos con el criterio de semejanzas y diferencias, nos permite clasificar a los seres vivos en : a) Reino y Dominio. b) Familia y Especie. c) Género y Especie. d) Clase y Orden. 127 Biología I Unidad 3 7. ( ) La Taxonomía agrupa en unidades a los seres vivos con el criterio de semejanzas y diferencias; estas unidades se clasifican jerárquicamente, siendo la especie la más pequeña y teniendo como características: I. Expresar de mejor manera posible grados de parentesco. II. Integrar una población con variación génica direccional. III. Conjunto de organismos anatómica y fisiológicamente similares. IV. Presentar capacidad de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil. a) I y IV b) III y IV c) II y III d) I y II 8. ( ) El sistema de clasificación de Carl Woese está basado en _________ y es creador de ____________, mientras que para Robert Whittaker son _____________ y en _______________. a) cinco reinos--los niveles de organización celular y tres dominios--la nueva taxonomía molecular. b) cinco reinos--la nueva taxonomía molecular y tres dominios--los niveles de organización celular. c) tres dominios--los niveles de organización celular y cinco reinos--la nueva taxonomía molecular d) tres dominios--la nueva taxonomía molecular y cinco reinos--los niveles de organización celular. INSTRUCCIONES: Lee con atención y contesta lo que se pide. 9. Escribe en el paréntesis una R para las características y criterios que correspondan al Sistema de Clasificación propuesta Robert Whittaker y una C para las establecidas de por Carl Woese. ( ) Su clasificación consta de tres dominios. ( ) Su clasificación consta en 5 reinos. ( ) Se basa en niveles de organización celular. ( ) Se basa en la secuencia molecular del ARN ribosoma 16s. ( ) Se basa en modos de obtención de energía. ( ) Empleó moléculas conocidas como relojes biológicos. 128 Biología I Unidad 3 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta Diversidad biológica 2 Diversidad de especies 3 Diversidad de los ecosistemas Dominio eukariota 4 Domino eubacteria 5 d 6 c 7 c 8 d 9 C, R, R, C, R, C Sugerencias Si te equivocas al contestar algunos ejercicios, te recomiendo que nuevamente estudies el desarrollo del tema de tu guía. 129 Biología I Unidad 3 3.2 VIRUS APRENDIZAJES Identificar las características y los criterios de clasificación de los virus. Reconocer el impacto de los virus en cuestiones de salud. En 1892 el botánico ruso D. Ivanovsky estudiando una enfermedad de la planta del tabaco que produce la destrucción de los tejidos fotosintéticos, pasó extracto de hojas enfermas a través de un fino filtro de porcelana capaz de seleccionar agentes bacterianos, y para su asombro encontró que los extractos de las plantas enfermas transmitían la enfermedad a las sanas. Tales extractos contenían un agente infeccioso que no podía ser visto al microscopio y que pasaba por los filtros usados para retener las bacterias, las que se conocían desde mediados del siglo XVIII pues habían sido observadas al microscopio. En la década de 1950 la observación de los virus con el microscopio electrónico mostró claramente su estructura y lo diferente que son de las bacterias y otros organismos. El avance científico y tecnológico permitió conocer la composición de la mayoría de los virus y su forma de multiplicación. A diferencia de los organismos que constituyen los reinos taxonómicos, un virus no es un ser vivo, no es una célula viva, pero posee ácidos nucleicos (que puede ser ADN o ARN), y está rodeado de una cápsula de proteína. En comparación con una célula viva los virus no metabolizan energía, no producen ATP, no respiran ni fotosintetizan. Los virus contienen toda la información necesaria para completar su ciclo reproductor, pero para conseguirlo necesitan de otras células vivas de las que utilizan sus estructuras y aparato metabólico, es decir, sus orgánulos y moléculas. En la estructura de los virus (fig. 3.2.1) se distinguen las siguientes partes: 130 Biología I Unidad 3 Genoma vírico, se compone de moléculas de ADN (adenovirus) o de ARN (arenovirus), pero nunca los dos; se trata de un solo cromosoma, abierto o circular, de una o dos cadenas. Cápside, cubierta proteica que envuelve al genoma vírico, está formada por proteínas globulares llamadas capsómeros que se disponen de una manera regular y simétrica. Existen varios tipos de cápsides: icosaédricas, helicoidales y complejas. La cápside protege el genoma vírico y reconoce a los receptores de membrana de las células a las que el virus parasita. Figura 3.2.1 Estructura de un virus típico. Envoltura membranosa, está formada por doble capa de lípidos que procede de las células parasitadas y por glucoproteínas incluidas en ella cuya síntesis está controlada por el genoma vírico. Las glucoproteínas sobresalen ligeramente de la envoltura y tienen como función el reconocimiento de la célula huésped y la inducción de la penetración del virus en ella. Los virus contienen la información necesaria para fabricar nuevos virus, pero no la de cómo hacer el trabajo. La única función que poseen los virus y que comparten con el resto de los seres vivos es la de generar copias de sí mismos, utilizando la materia, la energía y la maquinaria metabólica de la célula huésped, por lo que se les puede denominar parásitos obligados. No poseen metabolismo propio ni organización celular, por lo que se les sitúa en el límite entre lo vivo y lo no vivo. Cuando los virus infectan a una célula pueden desarrollar dos tipos de comportamiento, bien como agentes infecciosos, produciendo por lisis la muerte de la célula, o bien como virus atenuados, que añaden material genético a la célula hospedante. Ambos casos han sido estudiados con detalle en los virus bacteriófagos. En los dos casos de infección el proceso empieza de esta forma (fig. 3.2.2): Fase de fijación: Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana. Fase de contracción: La cola se contrae y el ácido nucleico del virus se empieza a inyectar. 131 Biología I Unidad 3 Fase de penetración: El ácido nucleico del virus es inyectado en el citoplasma de la virus B.-Ciclo lisogénico célula y a partir de este momento puede seguir dos ciclos diferentes: A. Ciclo lítico: el ADN bacteriano construye proteínas y copias de ácidos nucléicos viral. Cuando hay suficiente cantidad de estas moléculas se bacteria produce el ensamblaje de proteínas y ácidos nucléicos virales, se liberan produciendo por lisis la muerte de la A.-Ciclo lítico virus nuevos célula. B. Ciclo lisogénico: se produce cuando el genoma del virus queda integrado en el genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la Figura 3.2.2 Ciclos de replicación de virus bacteriófagos. bacteria. El virus queda en forma de profago. En los últimos tiempos se han identificado muchos virus (esquema 3.2.1), además no todas las enfermedades virales son nuevas, algunas han afectado a la sociedad a lo largo de la historia y sólo en épocas recientes la ciencia permitió asociar una dolencia con su virus (tabla 2). Esquema 3.2.1 Sistema de clasificación de los virus de acuerdo con el Comité Internacional de los Virus. 132 Biología I Unidad 3 TABLA 2. Algunas enfermedades asociadas con virus. ENFERMEDAD VIRUS FAMILIA Fiebre amarilla Fiebre amarilla Dengue Dengue 1-4 Hepatitis C Hepatitis C Influenza Influenza(A) Orthomyxoviridae SIDA HIV1 - HIV2 Retroviridae Fiebre de Ébola Ébola Filoviridae Fiebre de Lassa Lassa Fiebres hemorrágicas de la Argentina Junín Fiebre de Bolivia Machupo Fiebre de Venezuela Guanarito Fiebre de Brasil Sabia Fiebre hemorrágica con síndrome renal Varios del género hantavirus Flaviviridae Arenaviridae Bunyaviridae Con excepción de la influenza, el SIDA y la hepatitis C, las enfermedades llevan el nombre de fiebres hemorrágicas. Los individuos afectados presentan cuadros similares: fiebre alta, dolores de cabeza, musculares y derrames superficiales de sangre. La evolución en el individuo que padece esta enfermedad se debe al movimiento del virus al interior del organismo, así como de la respuesta del huésped; por ejemplo, en las fiebres hemorrágicas con síndrome renal y en el síndrome pulmonar predominan, respectivamente, complicaciones renales y pulmonares. La aparición de nuevos virus se debe a los cambios en el material genético de los mismos, es decir, las mutaciones. La influenza es una enfermedad en la que la continua evolución del virus es responsable de epidemias y pandemias como la de 1918, con más de 25 millones de muertes. Algo similar debe de haber ocurrido con la aparición del SIDA. Los virus de las fiebres hemorrágicas se hospedan en ratones, a los que no afectan y que son su reservorio natural. La fiebre hemorrágica argentina emergió en los años 40 en Buenos Aires, en donde el cultivo de maíz permitió la proliferación de ratones portadores e incrementó los contactos con el hombre, en 1958 se aisló el virus causante (tabla 2). Otro virus peligroso es el Ébola (1976), responsable de brotes de fiebres hemorrágicas en África. Su diseminación fue consecuencia de la poca higiene en los hospitales y también de prácticas locales de inhumación que requieren la remoción manual de las vísceras del cadáver. Cuando un virus infecta un organismo, éste se defiende activando su sistema inmune. Los linfocitos B producen anticuerpos específicos contra los antígenos virales, que son las proteínas del virus reconocidas por el organismo como no propias. Los anticuerpos del suero constituyen un signo de que el organismo ha reaccionado contra el virus, ya que reconocen los antígenos del agente que desencadenó la respuesta 133 Biología I Unidad 3 inmune. Existen variedad de reacciones que determinan si los anticuerpos de un suero reconocen ciertos antígenos y utilizan, como fuente de antígeno, virus enteros o proteínas virales naturales o sintéticas. Los virus representan un reto importante para la ciencia médica, ya que muchos causan enfermedades de gran importancia y diversidad como el resfriado común, que afecta a millones de personas cada año, otras tienen graves consecuencias como las fiebres hemorrágicas, la encefalitis, la poliomielitis y la fiebre amarilla. Sin embargo, la mayoría de los virus causan enfermedades que sólo producen un intenso malestar, siempre que no se presenten complicaciones serias como la gripe, el sarampión, las paperas, la varicela, los herpes (como el Herpes zóster), las enfermedades respiratorias, las diarreas agudas, las verrugas y la hepatitis. Otros agentes virales, como los causantes de la rubéola y los citomegalovirus, pueden provocar anomalías serias o abortos. En la actualidad se continúan descubriendo virus responsables de enfermedades humanas importantes, la mayoría de las cuales pueden aislarse e identificarse con los actuales métodos de laboratorio, aunque el proceso suele tardar varios días. Otro ejemplo es el SIDA, Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida, causado por el VIH virus de inmunodeficiencia humana, (partícula esférica con un diámetro de entre 80 y 110 nm), que debilita las defensas naturales del cuerpo, haciendo que un individuo sea más susceptible a infecciones pues conforme se debilita ya no puede combatirlas y será hasta que el virus logre destruir el sistema de inmunidad que se podrá hacer una diagnosis de SIDA. Para que el VIH penetre en la célula se debe producir la fusión de las membranas viral y celular. Tras la entrada se inicia la reproducción del virus (replicación) por transcripción inversa o retrotranscripción. Una vez integrado en el material genético de la célula el provirus puede permanecer latente o empezar a multiplicarse de una forma controlada o de una forma masiva (fig. 3.2.2). El VIH se transmite de persona a persona mediante contacto sexual directo con alguien que ya está infectado o por la introducción de sangre contaminada en el sistema sanguíneo. Los síntomas son fatiga o cansancio, diarrea, estreñimiento, pérdida de peso, fiebre, sudores nocturnos, trastornos de la piel, incapacidad de combatir infecciones comunes y algunas formas de cáncer. Las infecciones oportunistas más comunes incluyen: infección de la garganta y del cuerpo causada por el hongo Candida albicans, pulmonía por la bacteria Pneumocystis carinii, infección del cerebro del toxoplasmosis, provocado por el protozoario Toxoplasma gondii. El cáncer más común asociado al SIDA se denomina sarcoma de Kaposi. Cuando alguien llega a infectarse del virus, tal vez sienta síntomas o tal vez no. Una prueba de la sangre puede determinar si una persona es diagnosticada como VIH positivo y tal vez no se presente ningún síntoma durante años. El virus del SIDA debilita el sistema inmune infectando y matando células blancas de la sangre; después que el sistema inmune se debilita se puede contraer una o más infecciones oportunistas que normalmente no infectan a alguien con un sistema inmune normal e intacto. 134 Biología I Unidad 3 Una vez que alguien comience a contraer estas infecciones se dice tener SIDA. Desde las más tempranas etapas del VIH es importante para la persona contagiada cuidarse muy bien, seguir buena dieta, hacer ejercicio en base regular, ver un médico por malestares secundarios, dejar de fumar o masticar productos de tabaco, dejar de usar drogas ilegales y evitar el consumo de alcohol. Actualmente no existe curación para el VIH/SIDA, pero se ofrece una variedad de drogas para disminuir el progreso. Una cantidad enorme de investigaciones se están haciendo para encontrar una vacuna para evitar que la gente no infectada se contagie del VIH, así como encontrar tratamientos mejores y las curaciones para las personas infectadas. Actualmente se cree que la infección del VIH sin tratamiento es casi 100% fatal. La enfermedad fue definida por los centros para el control y la prevención de la enfermedad en 1981. Se estima que un millón de americanos están infectados con VIH (uno en cada 250 personas). Hay 20 millones de personas infectadas por todo el mundo y en algunas áreas de África una de cada cuatro personas tiene VIH. Aunque se creyó que infectaba solamente a los utilizadores de drogas intravenosas (por compartir agujas), y de los homosexuales, hoy se sabe que cualquier persona que intercambia líquidos corporales (sangre, semen, secreciones vaginales, saliva) puede contraer esta infección, así que evitar la exposición a estos líquidos es la manera más segura de no contraer el VIH. Las mujeres embarazadas que tienen infección del VIH deben ser tratadas con medicina durante su embarazo y en el parto para reducir al mínimo el riesgo de transmitirlo a su bebé. La abstinencia o el uso correcto del condón prevendrán la transmisión del VIH de una persona a otra. Es importante reconocer el impacto de los virus en cuestión de salud ya que el VIH es un problema grave de salud pública mundial. Esta afectación de los virus hacia el humano no es reciente, históricamente la primera descripción de la fiebre amarilla se encontró en un manuscrito maya del siglo XVII, en el siglo XX, donde se demostró por primera vez que un virus (transmitido por un mosquito) causaba la enfermedad. El tráfico de esclavos y el comercio marítimo diseminó la enfermedad, el virus, así como el mosquito Aëdes aegypti desde África a otras áreas tropicales. Tanto el dengue como la fiebre amarilla se caracterizan por ciclos de infección en los que interviene el hombre, los mosquitos y otros animales. Se expandieron enormemente durante la segunda guerra mundial, como consecuencia del acantonamiento de tropas con individuos infectados en el Pacífico y Asia. Los virus causantes del dengue son transmitidos por el mismo mosquito que propaga la fiebre amarilla. En los años 80 un nuevo vector, el Aëdes albopictus, llegó a África y América desde Asia, su lugar de origen. Los ejemplos anteriores ilustran de qué forma la actividad humana –desplazamiento de poblaciones, guerras, urbanización, comercio– puede influir en la propagación de enfermedades virales. 135 Biología I Unidad 3 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que contesta correctamente cada una de ellas. 1. ( ) Al estudiar una enfermedad de la planta del tabaco, se tuvo el primer conocimiento de los virus cuando: a) extractos de las hojas de las plantas enfermas transmitían la enfermedad a los hombres. b) las hojas de las plantas sanas enfermaban. c) extractos de las hojas de las plantas enfermas transmitían la enfermedad a las sanas. d) extractos de las hojas de las plantas enfermas no transmitían la enfermedad a las sanas. 2. ( ) Poseen información genética (ADN o ARN), están rodeados de una cápsula de proteína; no metabolizan energía, ni producen ATP, no respiran ni fotosintetizan. Contienen la información necesaria para completar su ciclo, pero necesitan de células vivas. Esto define: a) a los Virus. b) al Reino Procarionte. c) al Reino Eucarionte. d) al grupo de seres vivos. 3. ( ) Cuando los virus infectan a la célula, el ADN bacteriano construye proteínas y copias de ácido nucleico viral. Cuando hay suficiente cantidad se ensamblan proteínas y ácidos nucleicos virales, se liberan y producen la muerte de la célula, se trata del ciclo: a) lítico. b) lisogénico. c) de vida. d) natural. 4. ( ) El genoma del virus queda integrado en el genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria y el virus queda en forma de profago, se trata del ciclo: a) lítico. b) lisogénico. c) de vida. d) natural. 136 Biología I Unidad 3 5. ( ) La influenza es una enfermedad en la que se presentan dolores de cabeza y musculares, fiebre alta y derrames superficiales de sangre, y es importante porque : a) un millón de americanos están infectados. b) 1 de cada 4 personas están infectadas. c) ha afectado a la sociedad a lo largo de la historia. d) las guerras influyen en su propagación. 6. ( ) El VIH/SIDA debilita el sistema inmune y mata células blancas de la sangre. Es un problema grave de salud mundial porque: a) actualmente no existe curación y la infección sin tratamiento es casi 100% fatal. b) el comercio marítimo disemino la enfermedad desde África a otras áreas tropicales. c) las prácticas locales de inhumación requieren la remoción manual de las vísceras del cadáver. d) los afectados presentan cuadros similares: fiebre, dolor de cabeza y derrames superficiales de sangre. 137 Biología I Unidad 3 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta c 2 a 3 b 4 b 5 b 6 a Sugerencias Si te equivocas al contestar algunos ejercicios, te recomiendo que nuevamente estudies el desarrollo del tema de tu guía. 138 Biología I Unidad 3 3.3 BACTERIA Y ARCHEA APRENDIZAJES Identificar criterios de clasificación y características de bacterias y archeas. Explicar la importancia de los virus, bacteria y archaea en el desarrollo biológico, económico y social. Como recordarás, en el tema 3.1, Introducción a la diversidad biológica, definimos la diversidad biológica o biodiversidad como la variedad de formas de vida, producto de la adaptación de los organismos al ambiente en el que viven, y se señaló que los distintos tipos de seres vivos que habitan nuestro planeta en la actualidad son el resultado del proceso de evolución, diversidad y extinción de las especies. Tal es el caso en este tema para los organismos procariontes, bacterias y archaeas. Todas las células procariontes comparten la misma estructura básica. La membrana plasmática que la rodea regula el tráfico de materiales hacia la célula y fuera de ella, separándola del ambiente y de una región llamada nucleoide que contiene el material hereditario DNA de la célula. El DNA de la célula procarionte NO está organizado dentro de un núcleo rodeado por una membrana. Las moléculas de DNA en los procariontes son por lo general circulares, contienen un único cromosoma y a menudo hay plásmidos (pequeñas piezas de ADN circulares que contienen genes que se trasladan de una bacteria a otra). Los procariontes no presentan organelos citoplasmáticos rodeados por membranas como los que tienen los eucariontes modernos: mitocondria, cloroplasto, aparato de golgi y otros. Las células procariontes carecen de citoesqueleto y se dividen por fisión después de replicar su DNA. Muchos procariontes tienen una pared gruesa y relativamente rígida que es muy diferente a las de plantas y algas, que contienen celulosa y otros polisacáridos, y la de los hongos que contienen quitina. En la tabla 1, Semejanzas y diferencias entre los tres dominios, del tema 3.1 Introducción a la diversidad biológica, describimos las características semejantes o diferentes para bacterias y archaeas, por lo que basándonos en las características de dicho cuadro, describiremos a ambos grupos. Las células procarióticas del DOMINIO BACTERIA han cambiado muy poco desde hace 3 500 millones de años. Su tamaño oscila entre 0.2 y 10 nm de ancho y de 1 hasta 10 nm de largo, algunas se desplazan por flagelos o con movimientos deslizantes por flexión, otras son inmóviles. El éxito biológico de las bacterias 139 Biología I Unidad 3 radica en su tamaño reducido, en su capacidad reproductora, su rápida tasa de mutación y su versatilidad al colonizar casi todos los ambientes: aire, agua, suelo, interior y exterior de plantas y animales, es decir, se encuentran en todos los habitats conocidos. El dominio bacteria incluye organismos procarióticos como las bacterias, las cianobacterias (algas verdes-azules) Espiroquetas, Clamidias y Firmicutos. Su reproducción es asexual por gemación, conjugación o bipartición. En ellas no se presentan los procesos de mitosis y meiosis. Las bacterias poseen una pared celular sobre la membrana plasmática para protegerlas contra daños osmóticos, así como para proporcionarles rigidez y forma. Las bacterias se dividen en dos grandes grupos de acuerdo con la tinción de Gram, la cual permite distinguir el tipo de pared celular de las bacterias. Así, las bacterias que tiñen con el colorante violeta de genciana durante el procedimiento de tinción se denominan Gram positivas, y las que no se tiñen se conocen como Gram negativas. Las bacterias Gram positivas se caracterizan por poseer una pared mucho más ancha y entrecruzada que las Gram negativas; fundamentalmente están constituidas por un 90% de peptidoglicanos dispuestos en la mayoría de ellas en una o varias capas (hasta 25), polisacáridos ácidos y otros azúcares que constituyen los principales antígenos de la superficie. En las bacterias Gram negativas la capa de cápsula peptidoglicano es delgada y representa de 15 a 20% de la pared celular (sustancia única Pared celular que contiene en su pared celular), y su ausencia en las arqueas indica una diferencia Membrana plasmática clave entre los dominios procariontes (la mayoría de las arqueas contienen proteínas en su pared celular y otro grupo presenta Cromosoma bacteriano seudopeptidoglucano). Las diferentes características de las paredes celulares procariontes se relacionan con las plásmido bacterias causantes de enfermedades. En realidad la pared celular es el blanco favorito en el combate de la medicina contra la enfermedad porque no tiene equivalente en mesosoma ribosoma flagelo las células. 140 Biología I Unidad 3 Los antibióticos y otros agentes que específicamente interfieren en las síntesis de las paredes celulares, que contienen peptidoglucano, tienen escaso o ningún efecto sobre las células de los seres humanos y otros eucariontes. Sólo un pequeño porcentaje de procariontes es patógeno (productor de enfermedades) y, de los que se conocen, todos son bacterias. Para el huésped las consecuencias de una infección bacteriana depende de la invasividad de los patógenos, es decir, de su capacidad para multiplicarse dentro de la célula huésped, así como de su toxigenicidad; esto es, de su habilidad para producir sustancias químicas (toxinas) dañinas para los tejidos del huésped. La Corynebacterium diphterae, bacteria causante de la difteria, tiene baja invasividad y se multiplica sólo en la garganta pero su toxigenicidad es tan grande que todo el cuerpo se ve afectado. En cambio el Bacillus anthracis, causante del carbunco, tiene baja toxigenicidad pero una alta invasividad, tan elevada que todo el torrente sanguíneo se llena de bacterias. La membrana celular es una estructura permeable selectiva que regula el paso de nutrientes y productos de desecho dentro y fuera de la célula. Debido a que las bacterias carecen de organelos con membrana, tan importante en los procesos de producción de energía como las mitocondrias, su membrana plasmática tiene varias enzimas en las que se incluyen los citocromos y aquellas que intervienen en el transporte de electrones, en la fosforilación oxidativa y en la síntesis de ATP. El daño a esta membrana con agentes físicos o químicos ocasiona la muerte de la célula. En las bacterias se deben considerar las invaginaciones y extensiones internas de la membrana plasmática denominadas mesosomas, las cuales están involucradas en diferentes procesos metabólicos y reproductivos. En otros casos, el sistema de mesosomas establece contacto de manera compleja con uno o varios sitios del material nuclear - ADN. Aún cuando los componentes de la membrana no participan directamente en los aspectos enzimáticos de la replicación, la unión del cromosoma con la membrana proporciona un mecanismo directo por medio del cual los cromosomas hijos pueden distribuirse en las células hijas. A continuación se describe la diversidad bacteriana: PROTEOBACTERIA. Muchas especies son Gram negativas, contienen bacterioclorofila, y fotoautótrofas que utilizan azufre. Su diversidad se aprecia por sus vías metabólicas, son quimioautótrofas, quimioheterótrofas y fotoautótrofas. Entre las proteobacterias se encuentran fijadores de nitrógeno como Rhizobium. Tambien pertenece a este grupo Escherichia coli, patógenos como Yersinia pestis (causa la fiebre bubónica o muerte negra), Vibrio cholerae (el cólera, infección intestinal aguda) y Salmonella typhimurium (la meningoencefalitis). 141 Biología I Unidad 3 CIANOBACTERIAS (bacterias azul-verde). Utilizan clorofila a para la fotosíntesis y al liberar oxígeno realizaron la revolución del oxígeno que transformó la atmósfera de la Tierra. La clorofila se asocia a membranas internas elaboradas y altamente organizadas llamadas lamelas o tilacoides. ESPIROQUETAS. Bacterias gram negativas caracterizadas por estructuras llamadas filamentos axiales, fibrillas que corren a lo largo del espacio periplásmico. El cuerpo celular es un largo cilindro enrollado en forma espiral. Son de vida libre en el barro o en el agua. Muchas parasitan al ser humano, tal es el caso de Treponema pallidum, causante de la sífilis. CLAMIDIAS. Son las bacterias más pequeñas, tan sólo miden de 0.2 a 1.5 nm de diámetro. Viven como parásitos dentro de las células de otros organismos. En los seres humanos causan infecciones oculares como el tracoma, enfermedades de transmisión sexual y algunas formas de neumonía. FIRMICUTOS. Algunos poseen endosporas, cápsulas de propagación y resistencia, en estado de reposo resisten al calor o frío y se desarrollan cuando los nutrientes escasean. A este grupo pertenecen, entre otros: Bacillus, Clostridium, Staphylococcus, responsables estos últimos de infecciones respiratorias, intestinales y cutáneas. A los organismos del DOMINIO ARCHAEA se las considera más cercanos a los eucariotas que a las bacterias. Con referencia a su morfología, pueden presentar formas similares al de las bacterias verdaderas, tales como cocos y bacilo. Todas las arqueas halofílicas son Gram negativas, poseen una pared celular compuesta de polisacáridos a base de glucosa, ácido glucorónico, galactosamina, acetato y abundantes residuos de sulfato. Se reproducen por fisión binaria, no forman esporas y su metabolismo corresponde al de bacterias quimiorganotróficas; la mayoría de las especies son aerobios obligados, pero otras pueden realizar procesos fermentativos o de respiración anaeróbica. Son pequeñas (0,5-5 micras) y sus genomas son de pequeño tamaño. Presentan envolturas características, unas veces formadas por proteínas y polisacáridos, vainas de proteína o pseudomureína (es característica de las arqueas la falta de mureína, lípidos ramificados, con enlace éter que contienen fitano). También es característica la presencia de ARN-polimerasas de constitución compleja y de gran número de nucleótidos modificados en los ácidos nucleicos ribosomales. El ADN se empaqueta en forma de nucleosomas, como en los eucariotas, gracias a proteínas semejantes a la histona; algunos genes tienen intrones como los eucariotas (tabla 1 Semejanzas y diferencias entre los tres dominios, del tema 3.1 Introducción a la diversidad biológica). La membrana plasmática de las arqueas presenta características particulares con respecto al componente lipídico. A diferencia de las bacterias y eucariotas, carecen de ácidos grasos y en su lugar tienen cadenas laterales compuestas de unidades repetitivas de isopreno (fentanilo o bifentanilo) unidas por enlaces éter 142 Biología I Unidad 3 al glicerol que constituyen el gliceroldiéter, cuando se distribuyen a manera de bicapa, y el gliceroltetraéter, cuando es a manera de monocapa, este último arreglo es muy estable a temperaturas altas y se encuentra principalmente en las arqueas termoacidófilas. En cuanto a su metabolismo, las arqueas difieren de bacterias y eucariotas en la ausencia de citocromos y quinonas para la transferencia de electrones. Además la síntesis de proteínas se caracteriza porque en el complejo de iniciación no existe la desoxirribotimidina en el ARNt y por hacer uso de Met-ARNt en vez de fMet-ARNt propio del dominio bacterias. Son organismos celulares que carecen de núcleo como el resto de los procariota, comprende organismos productores de metano (metanógenos), tales como los Halófilos extremos, Termoacidófilos y otros. Son muy frecuentes en los océanos, así como en hábitats extremos. La mayoría de archaea viven en ambientes extremos y son llamadas extremófilas. Otras especies de archaea no son extremofilas y viven en temperaturas y niveles de salinidad comunes. Algunas incluso viven en nuestros intestinos. A algunas especies extremófilas les encanta vivir en el calor y en el agua hirviendo, como en los géisers y dentro de volcanes. Gustan tanto del calor que se les apoda "termófila", que significa "amante del calor", y se congelarían hasta morir en temperatura ambiente. Hay otras extremófilas que viven en medioambientes muy salados, conocidos como hipersalinos. Estos son capaces de sobrevivir en lugares extremos en donde otros organismos no podrían sobrevivir. Estas archaeas amantes de la sal se llaman halófilas. Las archaea no necesitan de la luz solar para el proceso de la fotosíntesis como el que llevan a cabo las plantas, tampoco necesitan oxígeno. Las bacterias archaeas absorben CO2, N2, ó H2S, y eliminan gas metano a manera de producto de desecho, inhalan oxígeno y exhalan dióxido de carbono. Algunos de los planetas que tienen un medio ambiente donde las archaeas podrían sobrevivir incluyen Venus, el medio ambiente antiguo de Marte, Júpiter, Saturno, y en Io, la luna de Júpiter. El dominio archea muestra aspectos interesantes con respecto a la heterogeneidad de sus grupos y la forma como cada uno de ellos han resuelto los problemas que enfrentan en los diferentes ambientes. Las arqueas están divididas en tres grupos de acuerdo con la adaptación al medio donde residen: HALOFÍLICAS EXTREMAS. Viven en ambientes de elevada salinidad: salinas, los lagos salados naturales, hábitats salinos artificiales como en las preparaciones caseras concentradas de sal que se utilizan para la preservación de algunos tipos de pescado y carne, en donde forman manchas rojas. La concentración de sal en dichos hábitats es cercana al punto de saturación (32%), aunque la mayoría requieren 12-23% para un óptimo crecimiento. Además, por el hecho de encontrarse en medios muy salados acumulan intracelularmente compuestos orgánicos denominados solutos compatibles, los 143 Biología I Unidad 3 cuales contrarrestan la tendencia de la bacteria a deshidratarse en esas condiciones. Ejemplos de ellas son las Halococcus y Halobacterium. METANÓGENAS. Se caracterizan por sintetizar metano, acetatos, etc. Hay Gram positivas como Gram negativas, por lo que no se considera una característica de validez en su clasificación, por lo cual se recurre a la comparación de las secuencias del ARNr 16s. Algunas arqueas metanógenas poseen una pared celular constituida de pseudopeptidoglicano. Además también se diferencian de las paredes bacterianas en los enlaces glucosídicos 1,3 en vez de 1,4. Habitan por lo general en los drenajes, pantanos y aparatos digestivos de los vertebrados incluyendo el hombre, que proporcionan un ambiente anaeróbico adecuado para su metabolismo. TERMOACIDÓFILAS. Habitan aguas calientes geotérmicas (>80ºC) que se caracterizan por ser ricas en azufre y por su acidez (pH<2), desde moderada a extremadamente ácida, debido a la oxidación biológica del H2S y SO que produce H2SO4 y temperaturas de 60-80º C y un pH bajo, de 1-3. Sulfolobus acidocaldarius oxida el azufre y vive en las fuentes termales del parque Yellowstone. Termoplasma se encuentra en carbón encendido (ardiendo). También habitan en lugares ligeramente alcalinos como algunas solfataras (medios calientes y ricos en azufre). Su metabolismo productor de energía puede ser quimiorganotrófico y por lo general son anaerobias estrictas. Por otra parte debemos señalar la relación de las bacterias con el hombre. Numerosos pueblos en el pasado utilizaban bacterias ácido-lácticas para fermentar o crear cultivos de alimentos y elaborar otros modificados que pueden conservarse mucho más tiempo; por estar dotados de texturas adquieren sabores característicos, distintos del producto original. El uso de productos lácteos fermentados se aplica en todo el mundo, como el yogurt, queso, mantequilla, crema, entre otros. Estas bacterias se encuentran en grandes cantidades en la naturaleza, así como en nuestro aparato digestivo; aunque se les conoce por la fermentación de lácteos se emplean también en la elaboración del vino y para curar pescado, carne y embutidos. La acción de estas bacterias desencadena un proceso por el cual la lactosa (el azúcar de la leche) se transforma en ácido láctico. El ácido se acumula y la estructura de las proteínas de la leche se va modificando (acción llamada cuajar), así como la textura del producto. El ácido láctico confiere a la leche fermentada un sabor ligeramente acidulado. Los elementos derivados de las bacterias ácido-lácticas producen a menudo otros sabores o aromas característicos, el acetaldehído, por ejemplo, da al yogurt su aroma característico. En lo que concierne al yogurt, su elaboración deriva de la simbiosis entre dos bacterias, la Streptococcus thermophilus y la Lactobacillus bulgaricus, que se caracterizan porque una estimula el desarrollo de la otra. Esta interacción reduce el tiempo de fermentación y el producto se distingue de los fermentados por una sola cepa de bacteria. 144 Biología I Unidad 3 Gracias a la elaboración del yogurt y otros productos lácteos fermentados, las bacterias ácido-lácticas seguirán representando una fuente económica importante en la producción de cultivos probióticos. Estas bacterias se complementan con las presentes en la flora intestinal y contribuyen al buen funcionamiento del aparato digestivo. Ante la creciente demanda de los consumidores más preocupados por la salud, el mercado internacional de estos productos se incrementa. La importancia de las bacterias ácido-lácticas no se limita al orden económico sino que, debido a sus propiedades, contribuyen a preservar y mejorar la salud. Por otra parte el estudio de la patogenicidad y epidemiología de las especies, su importancia, habitat natural, mecanismos patogénicos y las enfermedades que ocasionan, están directamente relacionados con la sociedad humana. Los mecanismos de las bacterias patógenas (como la presencia de sustancias en sus cubiertas celulares, cápsula o pared celular) dificultan la actividad de las células fagocíticas protectoras del huésped, o bien, después de ser fagocitados las bacterias les confieren resistencia a ser degradadas; la presencia de endotoxinas o la excreción de exotoxinas y de enzimas extracelulares, entre otros, les permitirán invadir y establecerse en el organismo huésped, provocando así las enfermedades. Algunas enfermedades que afectan a los animales de granja, a las mascotas, a los de zoológicos y a la fauna silvestre, son causa de preocupación para el hombre tanto por su importancia económica como por su impacto en la salud pública. Las bacterias causan enfermedades produciendo venenos o toxinas, es el caso de Botulinus, el bacilo del tétanos y de la gangrena gaseosa. Otras bacterias causan la muerte local o generalizada de tejidos corporales, bloquean el flujo de la sangre o producen irritaciones graves. La salmonelosis y todas las enfermedades causadas por la bacteria del género Salmonella están muy extendidas. La diarrea blanca, causada por la Salmonella pullorum, amenazó a la industria avícola. Se conocen casi 2 000 tipos de Salmonella, que pueden producir enfermedades en el ser humano y en los animales. La Salmonella typhimurium es responsable de casi la mitad de los casos de intoxicación alimentaría en el hombre, así como de grandes pérdidas de aves y otros animales. La tuberculosis es causada por bacterias del género Mycobacterium; las personas deben ser protegidas mediante controles periódicos de las vacas lecheras, y por el examen de la carne destinada al consumo humano. El carbunco, enfermedad producida por Bacillus anthracis, afecta a personas y animales domésticos; sus esporas, transportadas por el aire, en la piel de los animales o las aguas residuales, explican la repentina aparición de esta enfermedad bacteriana. La pasteurelosis, infección causada por bacterias del género Pasteurella, como el cólera de las gallinas, producido por la P. multocida, origina graves problemas y afecta a la fauna silvestre, las aves domésticas 145 Biología I Unidad 3 (sobre todo a las gallinas), los conejos y otros animales. Las bacterias del género Mycoplasma producen toda una variedad de enfermedades en los animales y el ser humano, como la pleuroneumonía en el ganado vacuno, la sinusitis infecciosa en los pavos y la enfermedad respiratoria crónica en los pollos. Los virus son innumerables y producen múltiples enfermedades: anemia equina infecciosa, enfermedad de Newcastle, cólera porcino, viruela aviar, rabia, moquillo, encefalitis y muchas otras. Los virus de la gripe producen graves problemas en los cerdos, caballos y aves. Algunos virus se propagan de madre a hijos a través de la placenta o el huevo y presentan formas muy resistentes. Otros virus requieren un contacto íntimo para su transmisión y hay los que se transmiten a través de la picadura de artrópodos. Los virus representan un reto importante para la ciencia médica, ya que muchos causan enfermedades humanas de gran importancia y diversidad como el resfriado común, que afecta a millones de personas cada año. Otras tienen graves consecuencias, como las fiebres hemorrágicas, encefalitis, poliomielitis y fiebre amarilla. Sin embargo, la mayoría de las enfermedades sólo producen un intenso malestar, siempre que no se presenten complicaciones serias. Algunas de éstas son la gripe, el sarampión, las paperas, herpes simple y zóster, la varicela, las enfermedades respiratorias, las diarreas agudas, las verrugas y la hepatitis. Otros agentes virales, como los causantes de la rubéola y los citomegalovirus, pueden provocar anomalías serias o abortos. En la actualidad se continúan descubriendo virus responsables de enfermedades humanas importantes. La mayoría pueden aislarse e identificarse con los actuales métodos de laboratorio, aunque el proceso suele tardar varios días. Como podrás concluir, en esta última etapa de tu lectura es importante identificar y reconocer la importancia de los virus, bacterias y archaea en el desarrollo biológico, económico y social del ser humano. 146 Biología I Unidad 3 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención las siguientes preguntas y coloca en el paréntesis de la izquierda la letra de la opción que contesta correctamente cada una de ellas. 1. ( ) Este tipo de células comparten la misma estructura básica. La membrana plasmática que rodea a la célula. Presentan nucleoide con DNA el cual no está organizado dentro de un núcleo rodeado por una membrana, hay plásmidos, no presentan organelos y carecen de citoesqueleto. a) eucariontes y cianificeas. b) bacterias y archaeas pluricelulares. c) procariontes, bacterias y archaeas. d) virus y bacterias. 2. ( ) Todas las células procariontes comparten la misma estructura básica, sin embargo bacterias y arqueas conforman dominios diferentes. Los criterios de clasificación a partir de las características de bacterias y arqueas son los siguientes. ¿Cuáles son las características y criterios que corresponden al Domino Archaea? I. Peptidoglucanos en la pared celular. II. Pseudopeptidoglucanos en la pared celular. III. Iniciador del tRNA formilmetionina. IV. Iniciador del tRNA metionina. V. Sí son sensibles al cloranfenicol y a la estreptomicina. VI. No son sensibles al cloranfenicol y a la estreptomicina. a) II, IV, VI b) I, II, III c) I, II, V d) II, V VI 147 Biología I Unidad 3 3. ( ) Tomando como base la clasificación de las bacterias, éstas son: a) cianobacterias (algas verdes-azules) espiroquetas, clamidias y firmicutos. b) bacterias ácido-lácticas, espiroquetas, clamidias y firmicutos. c) virus, algas verdes-azules, espiroquetas, clamidias y bacterias patógenas. d) levaduras, espiroquetas, clamidias y firmicutos. 4. ( ) Numerosos pueblos en el pasado las utilizaban para fermentar o crear cultivos, elaborar alimentos modificados, es decir, distintos del producto original (queso, mantequilla, crema), se trata de: a) cianobacterias. b) bacterias ácido-lácticas. c) bacterias patógenas. d) levaduras. 5. ( ) La presencia de sustancias en sus cubiertas celulares, cápsula o pared celular, dificultan la actividad de las células protectoras del huésped, o bien, que después de ser fagocitados estas bacterias confieren resistencia a ser degradadas, es una característica de: a) virus. b) bacterias ácido-lácticas. c) bacterias patógenas. d) levaduras. 6. ( ) Las bacterias actúan por la presencia de endotoxinas o de exotoxinas y la excreción de enzimas extracelulares, entre otros, permiten invadir y establecerse en el organismo huésped, provocando así… a) productos lácteos. b) yogurt. c) cultivos probióticos. d) enfermedades. 148 Biología I Unidad 3 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta c 2 a 3 a 4 b 5 c 6 d Sugerencias Si te equivocas al contestar algunos ejercicios, te recomiendo que nuevamente estudies el desarrollo del tema de tu guía. 149 Biología I Unidad 3 3.4 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS APRENDIZAJES Identificar las características y los criterios de clasificación de los protistas. Identificar las características y los criterios de clasificación de los fungi. Identificar las características y los criterios de clasificación de los plantae. Explicar la importancia de los protistas, fungi y plantae en el desarrollo biológico, económico y social. Identificar las características y los criterios de clasificación de los animalia. Explicar la importancia de los animalia en el desarrollo biológico, económico y social. Identificar problemas relacionados con la biodiversidad y proponer soluciones en el marco del desarrollo sustentable. En el desarrollo de esta Unidad, en el tema 3.1 estudiamos la diversidad biológica o biodiversidad, 3.2 los Virus y 3.3 Bacterias y Archaea, donde caracterizamos a los organismos con células procariontes; ahora hablaremos de los organismos con células eucariontes integrados en el Dominio Eukarya. El REINO PROTISTA incluye a eucariontes unicelulares y a los primeros pluricelulares simples, pero que no constituyen tejidos verdaderos. Habitan en los tres ambientes: agua dulce, salada y tierra firme. Este reino fue propuesto por la dificultad que entrañaba la separación de unicelulares animales de los vegetales. Hay teorías que sostienen que las células eucarióticas se originan por simbiosis con células procarióticas. La mitocondria, por ejemplo, podría derivarse de algún procarionte introducida en otra célula o los cloroplastos a partir de algas verdeazules. Esto hace probable que las células eucarióticas evolucionaron de asociaciones simbióticas hasta lograr la gran diversidad de organismos del reino protista. 150 Biología I Unidad 3 Sus características diferenciales son: Nivel celular Nutrición Respiración Aerobia. Reproducción Tipo de vida Estructura y funciones Asexual. Unicelulares La mayoría con pared acuáticos. celular de varias capas Móviles por, o estratos. flagelos, En algas suele ser de y desarrollo Eucariontes, Autótrofa Unicelulares. por Algunos fotosíntesis sexual, y/o gametos heterótrofa cigoto, por embrión. absorción, ingestión y parasitismo. con y sin cilios y seudópodos. celulosa con pectina, xilanos y mananos. Sustancias minerales como carbonatos de calcio y sílice. Los protistas están representados por muchas líneas evolutivas cuyos límites son difíciles de definir. La mayoría de estos organismos son unicelulares, pero también los hay que forman colonias como los foraminíferos, organización más compleja que está más cerca de los organismos pluricelulares superiores e indica que éstos evolucionaron a partir de ancestros protistas. Los protistas agrupan desde los unicelulares eucariotas y las colonias simples hasta algunas algas superiores y grupos de transición, por lo cual son pluricelulares, pero carecen de la organización compleja en tejidos, típica de las plantas, animales y hongos superiores. Aun así, los grupos de transición comparten las mismas características que las plantas, como las algas pardas, verdes y rojas; otras que están más cerca de los animales y las que son semejantes a los hongos, como los mohos plasmodiales y los quitridiales. Los límites del reino protista no están establecidos de forma definitiva. Los grupos de protistas se diferencian entre sí en la forma de alimentarse. Algunos se parecen a las plantas porque realizan la fotosíntesis; otros ingieren alimento como los animales y otros absorben nutrientes, como los hongos. Esta diversidad hace difícil la descripción de un protista típico. Quizá, el miembro más representativo del reino sea un flagelado, organismo unicelular con uno o más flagelos complejos y con uno o más cloroplastos. Podemos considerar tres grupos principales de protistas: Protistas semejantes a plantas. Las crisófitas, diatomeas y algas pardas doradas, son componentes importantes del fitoplancton dulceacuícola y marino. Son unicelulares. Las diatomeas (división Chrysophyta) se caracterizan por tener unas finas valvas dobles de sílice. Suelen reproducirse 151 Biología I Unidad 3 asexualmente. Pertenecen también los dinoflagelados (división Pyrrophyta) y los euglenofitos (división Euglenophyta); algas unicelulares que habitan en su mayoría en agua dulce. Contienen clorofila a y b y su almacén de carbohidratos es el paramilo. Las células carecen de pared, pero tienen una serie de franjas proteicas flexibles. No se les conoce ciclo sexual y se dividen por fisión binaria longitudinal. Semejantes a animales. Llamados protozoos, abarcan a flagelados (filo Zoomastigina), ameboides (filo Sarcodina); ciliados y suctorios (filo Ciliophora), y los parásitos productores de esporas (filo Esporozoa). Parecidos a los hongos. Como los hifoquitridios (filo Hyphochytridiomycota) y los plasmodióforos (filo Plasmodiophoromycota). Los mohos plasmodiales del fango son un filo discutido y pueden pertenecer al reino protista, al tener características comunes con hongos y protozoos. Los mohos mucilaginosos son organismos ameboides heterotróficos, se reproducen por esporas. En el REINO FUNGI se incluyen a los mohos, levaduras, setas y hongos. Sus características diferenciales son: Nivel celular Nutrición Eucariontes, unicelulares pluricelulares. Heterótrofa y Respiración Aerobia. Reproducción y desarrollo Tipo de vida Estructura y funciones Asexual. Unicelulares Pared por Algunos sexual, Pluricelulares con quitina. con absorción, con gametos y (mayoría) movimientos (saprofitos) y zigoto, micelo intracelulares. parasitismo. embrión. sin formado celular por hifas. La mayoría de los hongos están constituidos por filamentos tubulares de crecimiento rápido llamados hifas, las cuales a menudo están divididas por tabiques llamados septos. Las hifas crecen por alargamiento y ramificación de las puntas, semejando una masa algodonosa llamada micelio. Cuando el micelio se desarrolla y madura puede llegar a formar cuerpos fructíferos, tales como champiñones, setas y trufas. Los sombrerillos son la parte reproductora, formado por estipite, pileo y laminillas. El micelio, está bajo la tierra y está constituido de hifas. Éste es el verdadero cuerpo del hongo. La función del micelio es conseguir alimento, se alimenta del suelo, la madera o el cuero, crece sobre materia orgánica y vive de los organismos vivos como parásito. Las esporas son estructuras de propagación y a partir de ellas nacen hifas. Si las condiciones son favorables, particularmente si la humedad es elevada, proliferan alrededor de su punto de origen. Debajo de la tierra, los micelios crecen de una forma radial en todas direcciones. Al 152 Biología I Unidad 3 agotar las sustancias que los nutrieron, fructifican y forman setas, las cuales dejarán caer sus esporas. Este fenómeno se repite de modo indefinido. Los hongos son un grupo extenso y diversificado, por lo que para facilitar su estudio nos basaremos en la siguiente clasificación: Filo Chytridiomycota. Alguna vez fueron clasificados como protistas, pero por su pared celular constituida por quitina se les considera dentro de los hongos. Algunos quitridios son unicelulares; otros tienen micelios formados por cadenas ramificadas de células. Se reproducen tanto de manera asexual como sexual. Son parásitos de algas, larvas de mosquitos y nematodos, también pueden ser saprofitos y de vida libre, marinos, agua dulce o suelo húmedo. Allomyces es un género estudiado. Filo Zygomycota. Son pluricelulares y la mayoría tienen hifas cenocíticas, esto significa que no presentan septos que separan una célula de la otra. El micelio crece hacia adelante y no forma cuerpo fructífero carnoso, pero sí esporangióforos que contienen cientos de esporas diminutas. Rhyzopus stolonifer y R. nigricans son ejemplos de mohos que crecen en el pan. Filo Ascomycota. Constituyen un grupo grande y diverso de hongos que se diferencian por la producción de sacos llamados ascas, ésta es la estructura reproductora característica de este grupo. Las hifas de los ascomicetos están segmentadas por septos. Los ascomicetos se dividen en dos grupos dependiendo si las ascas están contenidas dentro de una estructura fructífera especializada llamada ascocarpo, las que si la tienen se llaman euascomicetos que significa ascas verdaderas. Y las que no presentan se llaman hemiascomicetos. Los euascomicetos incluyen a los hongos filamentosos conocidos como mohos, por ejemplo Neurospora, Penicillium y Aspergillus. También incluyen a los hongos en taza, las superficies internas están cubiertas de filamentos estériles y ascas que producen gran cantidad de esporas. Dos estructuras deliciosas son las morillas y las trufas. Los hemiascomicetos son unicelulares, los más conocidos son las levaduras, por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae, que se emplea de manera generalizada en la elaboración de pan, cerveza y vinos. Filo Basidiomycota. Se caracterizan porque producen algunas de las estructuras fructíferas más espectaculares entre los hongos, Agaricus, Amanita, Lycoperdon, Laetiporus son algunos ejemplos. Las hifas de los basidiomicetos presentan septos con pequeños poros típicos. El basidio es una estructura hinchada en el extremo de la hifa, es la estructura reproductora sexual característica de este grupo. La estructura fructífera de los basidiomicetos carnosos está coronada por un sombrerillo llamado pileo que tiene laminillas del lado inferior. Los basidios descargan sus esporas en el espacio aéreo para su dispersión y posterior germinación de nuevos micelios. 153 Biología I Unidad 3 Los organismos que conforman el REINO PLANTAE son plantas eucariotas que evolucionaron a partir de algas verdes del grupo Chlorophyta; estas algas colonizaron las zonas emergidas gracias a una serie de adaptaciones a la vida terrestre y originaron el grupo de los Embriófitos. Sus características diferenciales son: Nivel celular Nutrición Eucariontes, Autótrofa pluricelulares con tejidos Respiración Aerobia. Reproducción y desarrollo Tipo de vida Estructura y funciones Asexual Pluricelulares Pared por vegetativa. con celulosa. fotosíntesis. Asexual celulares sexual, variados. gametos zigoto y con y y con tejidos. inmóviles. celular con Con movimiento intracelular. Se forman compuestos esporas secundarios haploides metabólicos (haplodiploides). autocianos, flavionas. Ciclo de vida III. Alternancia de generaciones. Una contribución de las plantas es la formación de los ambientes. Solamente las regiones árticas y las profundidades oceánicas carecen de plantas, el resto de los ambientes terrestres, desierto, tundra, bosque o pradera fueron producidos y moldeados por las plantas. Todas las plantas presentan alternancia de generaciones (fig.3.5.1) en la cual una fase diploide (2n), llamada esporofito, incluye al embrión, y una fase haploide (n), llamada gametofito, que produce los gametos por mitosis. El cigoto 2n producido por la fecundación origina el esporofito, dominante en la mayoría de los vegetales; es la planta verde en la cual se diferencian células que luego de sufrir meiosis dan células haploides (esporas), que después de varias mitosis (conformando una generación) forman un gametofito haploide multicelular, éste normalmente es dependiente y parásito del esporofito y produce los gametos por mitosis, reiniciando el ciclo. Figura 3.5.1 Alternancia de generaciones. 154 Biología I Unidad 3 División Bryophyta. Está representada por hepáticas, antoceros y musgos. Son pequeñas plantas confinadas a ambientes húmedos que necesitan agua líquida para la fecundación. Las adaptaciones a la vida terrestre de las briofitas les permitió la conquista de amplios espacios y así dominar el paisaje. Las primeras plantas eran no vasculares y carecían tanto de células conductoras de agua como de alimento. Tienen estructuras como hojas que pueden capturar y mantener rápidamente una gota de agua que las salpica, y son lo bastante pequeñas para que los minerales puedan distribuirse internamente por difusión. Carecen de hojas, tallos y raíces que caracterizan a las traqueofitas, a pesar de que tienen estructuras análogas a cada una de ellas. La estructura verde conspicua que se observa es el gametofito, es fotosintético y, por lo tanto, nutricionalmente independiente. El esporófito puede ser o no fotosintético pero siempre depende del gametofito y permanece pegado a él en forma permanente. Algunos ejemplos son Sphagnum, Marchantia. División Pteridophyta. A este grupo pertenecen las traqueofitas verdaderas, aquellas que poseen células conductoras especializadas llamadas traqueidas. La aparición evolutiva de un tejido compuesto por traqueidas tuvo dos consecuencias importantes: proporciona una vía para el transporte de agua, minerales, nutrientes y, por otra parte, dota un soporte estructural rígido importante para un ambiente terrestre en donde las plantas compiten por la fuente de luz. Licopodios, equisetos y helechos forman este grupo. En estos organismos el gametofito está completamente reducido (es decir, inconspicuo), producen anteridios (masculinos) y arquegonios (femeninos), aunque no siempre al mismo tiempo o en el mismo gametofito. Los espermatozoides desarrollados en el anteridio nadan en el agua hasta el arquegonio, donde ocurre la fecundación. El cigoto resultante se desarrolla allí mismo en un embrión esporofito; el esporofito joven forma una raíz y puede crecer de manera independiente al gametofito. El esporoito tiene raíz, tallo y hojas, y en la parte inferior de éstas se desarrollan los esporangios; en la mayoría forman grupos denominados soros, en donde se maduran las esporas que son liberadas y a partir de las que se desarrolla un nuevo gametofito. Algunos ejemplos son Lycopodium, Equisetum, Psilotum, Dryopteris. División Spermatophyta. La característica de este grupo es la presencia de semillas, además es de aparición más reciente, constituido por gimnospermas y angiospermas. Existen cuatro filos vivientes de gimnospermas (Cycadophyta, Ginkophyta, Coniferophyta y Gnetophyta) y uno con dos grupos (Monocotiledonea y Dicotiledonea). En las plantas con semillas la generación del gametofito es más reducida que en los traqueofitas. El gametofito haploide (1n) se desarrolla en forma parcial o por completo mientras está fijada al esporofito diploide (2n) del cual depende nutricionalmente. La culminación de la evolución de las plantas con semilla 155 Biología I Unidad 3 es la independencia del agua líquida que las primeras plantas necesitaban para la reproducción sexual, llegando en su culminación a las estructuras flor y fruto. Es importante revisar cuál es la importancia que revisten los grupos protista, fungi y plantae desde el aspecto biológico, económico y social; por ejemplo, en el caso de los protistas existen enfermedades poco conocidas como la giardiasis, que es una enfermedad intestinal causada por el parásito microscópico llamado Giardia lamblia. Es una causa común de enfermedad diarreica que cualquier persona puede adquirir pero ocurre más a menudo en instituciones de contacto continuo como guarderías, centros o asilo de ancianos, viajeros, y en individuos que consumen agua incorrectamente procesada (tal como lagos, ríos o arroyos). Los parásitos de giardia se han encontrado en las heces (excreta) de gente infectada y de animales salvajes y domésticos. Es probable que la manera principal en que los parásitos de giardia son trasmitidos es de persona a persona debido al mal lavado de manos. La persona enferma puede experimentar diarrea leve o severa, de vez en cuando diarrea crónica, con pérdida significativa de peso, y la fiebre se presenta raramente. Tres medidas preventivas importantes son: lavarse antes y después de usar el sanitario o cambiar pañales y de preparar alimentos. Disponer con cuidado de los desechos orgánicos para no contaminar las aguas superficiales o subterráneas y evitar beber el agua incorrectamente o no procesada. Otra enfermedad provocada por un protista y ampliamente diseminada es la amibiasis (infección por el protozoario parásito Entamoeba histolytica). Las amibas, normalmente presentes en el intestino grueso, penetran la mucosa intestinal y pueden diseminarse a otros órganos. La E. histolytica es responsable de unas 100 000 muertes por año, lo que la coloca en segundo lugar después de la malaria en mortalidad por parásitos protozoarios. La infección se adquiere por la ingestión del quiste maduro, que es resistente a los jugos gástricos. El desenquistamiento ocurre en el intestino delgado. Del quiste sale una ameba que se fragmenta en pequeñas amebas. Éstas se transforman en los trofozoítos que se establecen en el colon, donde se alimentan de bacterias y restos celulares. Los trofozoítos pueden enquistarse y dentro del quiste continúan el metabolismo, son eliminados con las heces y pueden permanecer viables por semanas o meses. La infección puede producirse con tan sólo un quiste en el agua o alimentos contaminados. Se estima que el 10% de la población mundial está infectada, lo que resulta en aproximadamente 50 millones de casos de amibiasis invasora y hasta miles de muertes por año. Estudios realizados en la Ciudad de México indican que hasta el 9% de la población está infectada con E. histolytica. En el caso de los hongos, la candidiasis mucocutanea es una afección cutánea como consecuencia de la parasitación de hongos. Forma parte del grupo de las enfermedades más frecuentes que afectan al hombre. Hay múltiples factores que predisponen a la infección, unos dependen del huésped y otros de las condiciones ambientales. Dentro de los primeros están los fisiológicos, los genéticos y los adquiridos. Así, 156 Biología I Unidad 3 los recién nacidos, las mujeres en el periodo premenstrual o embarazadas, con enfermedades como la diabetes y leucemias, o bien por tomar antibióticos o tener enfermedades debilitantes, tienen mayor facilidad para padecer esta infección. Entre los factores ambientales se encuentran la humedad y el calor, así como la maceración crónica de las comisuras en los ancianos, las prótesis dentarias mal ajustadas y la fricción entre dos superficies cutáneas. Las infecciones por hongos se manifiestan como unas placas cremosas, blanquecinas en el dorso de la lengua, velo del paladar, mucosa gingival y genital. Al desprenderse dejan al descubierto una mucosa roja y congestiva. Esta infección también puede manifestarse como una lengua roja, lisa, brillante y dolorosa, o como una afectación de las comisuras bucales, con escamas, o afectando a los labios con escamas extremadamente dolorosas y sangrantes. Pero no solamente en el aspecto médico, a través de infecciones y enfermedades, nos relacionamos con los hongos, sino también en otros aspectos, como en la alimentación y en la farmacología. Tal es el caso de las levaduras, que es el nombre común de ciertos hongos unicelulares, de forma ovoidea. A veces suelen estar unidos entre sí formando cadenas. Producen enzimas capaces de descomponer diversos sustratos, principalmente azúcares. Una de las levaduras más conocida es Saccharomyces cerevisiae que tiene la facultad de crecer en forma anaerobia (sin necesidad de oxígeno) realizando fermentación alcohólica, por esta razón se emplea en muchos procesos de fermentación industrial, por ejemplo, en la producción de cerveza, vino, pan, antibióticos, entre otros. Existe constancia de la fabricación de pan y de la utilización de levaduras desde el año 2 300 a.c. en que los egipcios descubrieron el proceso de la fermentación; la fabricación de pan se convirtió en un oficio que se fue extendiendo por todo el mundo. Cabe señalar también lo importante que son para la economía como para la dieta humana el consumo de champiñones, setas y trufas. En el aspecto ecológico es de resaltar el papel que juegan micorrizas y líquenes. Las micorrizas lo hacen en la asociación simbiótica mutuamente benéfica con plantas superiores en las que el micelio asociado a la raíz absorbe agua y sales minerales, favoreciendo así el desarrollo de la planta y recibiendo a cambio nutrientes elaborados. Otra asociación simbiótica mutuamente benéfica es el caso de los líquenes, en donde están presentes un hongo (proporciona humedad y sales minerales) y un microorganismo fotosintético (produce nutrientes), que puede ser un alga o una cianobacteria. La asociación es tan estrecha inclusive en sus mecanismos de dispersión. Por otra parte, las plantas cultivadas o explotadas por el hombre en su ambiente natural constituyen una fuente importante en el conocimiento tradicional acerca del uso de las plantas, la progresiva industrialización de la agricultura y la silvicultura y el desarrollo de la farmacología hacen que cada vez se vayan obteniendo mayor cantidad de productos a partir de un menor número de especies y se disminuye la necesidad de explotar otras plantas diferentes a las ya muy bien conocidas. 157 Biología I Unidad 3 A grandes rasgos, podemos dividir las plantas útiles al hombre en ocho grupos principales, de acuerdo con su importancia para diferentes ramas de la actividad humana. Estos grupos son: plantas alimenticias básicas, para la industria alimentaria, alimenticias secundarias, forrajeras, que son o producen materias primas para la industria no alimentaria, de uso artesanal, de ornato y de valor urbanístico, medicinales y de utilidad indirecta. Las plantas alimenticias se caracterizan por ser casi siempre herbáceas, de corta vida, productoras de semillas o algún otro órgano como rizomas o tubérculos, ricos en sustancias de reserva para la planta. La mayoría de las veces la semilla es la parte utilizada y en muy pocos casos el fruto. Casi siempre estas plantas se cultivan. Las plantas que producen alimentos básicos pertenecen a unas pocas familias vegetales de las que destacan principalmente dos: las gramíneas y las leguminosas. Las primeras, producen una semilla llamada "grano", rica en carbohidratos pero también suele contener algo de aceite y proteínas, por ejemplo, maíz, trigo, arroz, mijo, centeno, cebada, avena, entre otros. Los cultivos de estas plantas se encuentran en casi todo el mundo. Las leguminosas, gracias a su capacidad para captar el nitrógeno molecular gaseoso, producen semillas con una gran cantidad de proteínas, como fríjol, haba, cacahuate, soya, lenteja, alubia, chícharo, garbanzo, entre otras. El único fruto de importancia básica para el hombre es el plátano; en Asia y el Caribe, y en el Océano Índico el "árbol del pan", fruto comestible rico en almidón. Por otra parte, las plantas forrajeras también son de importancia porque los animales domésticos y el ganado se alimentan de ellas; las praderas naturales y las sabanas proveen de una gran superficie para el desarrollo de hatos de ganado. Debemos mencionar también a las plantas productoras de materias primas (por ejemplo de los derivados de la madera, papel, celulosa, caucho, resinas y solventes), las de uso artesanal, las de ornato, de valor urbanístico y medicinales, todas ellas las utilizamos en la industrialización y el desarrollo económico. Quedan aún por explorar las potencialidades de todo tipo de un inmenso número de especies silvestres. Las tendencias de la economía moderna han restado importancia a esta búsqueda, pero todos esperamos que muy pronto la tendencia cambie y le volvamos a dar a las plantas la importancia fundamental que tienen como sostén de la vida del planeta y procedamos a estudiarlas, conocerlas y protegerlas en toda su diversidad y complejidad. REINO ANIMALIA. Aunque no es en absoluto una característica que agrupe a todos los animales, llama la atención el hecho de que son los que mejor han desarrollado el movimiento y desplazamiento corporal. 158 Biología I Unidad 3 Todos los animales son heterótrofos multicelulares aerobios. Casi todos tienen tejidos, órganos y sistemas de órganos; la mayoría son móviles por lo menos en una parte de su vida. Su reproducción es sexual, escasamente asexual, y sus embriones se desarrollan a través de una serie de capas embrionarias. Para clasificar a los animales consideramos las principales características que comparten. Capas blastodérmicas. En el embrión se desarrollan dos capas, diblásticas (ectodermo y endodermo); si el número es de tres son triblásticas (ectodermo, mesodermo y endodermo). Simetría. Los organismos pueden ser asimétricos (su cuerpo no está dividido en partes idénticas en ningún plano) y simétricos (su cuerpo está dividido en uno o dos planos); puede ser radial o bilateral. Cavidad corporal (celoma). Cavidad corporal que se desarrolla dentro del mesodermo embrionario. Permite el desarrollo de órganos internos, separa la pared del cuerpo de los órganos internos y permite la flexibilidad del organismo. Pueden ser acelomados, pseudocelomados y celomados. Metamerización. Porciones que en forma secuencial presenta a todo lo largo de su eje corporal. Notocorda. Presencia de cordón nervioso central. A continuación describiremos los principales grupos de animales, de acuerdo con las características anteriores: FILO PORIFERA. La diferencia entre colonias de protistas y animales multicelulares simples es que las células de los animales están diferenciadas y sus actividades están coordinadas. Este es el caso de las esponjas, algunas de las cuales siguen siendo muy similares a los probables protistas coloniales ancestrales. Por sus capas blastodérmicas son diblásticos (ectodermo y endodermo), asimétricos (su cuerpo no está dividido en partes idénticas en ningún plano) y acelomados sin metamerizacion ni notocorda. La reproducción de las esponjas puede ser asexual o sexual. FILO CNIDARIA. Corresponde a los corales y medusas. Por sus capas blastodérmicas son diblásticos (ectodermo y endodermo), con simetría radial y acelomados. Sin metamerización ni notocorda. FILO PLATELMINTA. Gusanos planos con tres capas blastodérmicas, es decir, son triblásticos (ectodermo, mesodermo y endodermo) con simetría bilateral, acelomados y sin metamerización. Tienen un cerebro simple y presentan dos cordones de nervios. FILO NEMATODA. Se conocen como gusanos redondos. Son triblásticos (ectodermo, mesodermo y endodermo) con seudoceloma (espacio entre los órganos internos y la pared del cuerpo). Su simetría es bilateral. Sin metamerización, con cerebro simple y cordones nerviosos dorsal y ventral. El 159 Biología I Unidad 3 desarrollo corporal es muy complejo. La resistente superficie exterior del gusano adulto se denomina cutícula, bajo la cual se encuentran varias capas musculares. FILO ANELIDA. Son poliquetos marinos y los oligoquetos terrestres, como la lombriz de tierra, así como los hirudíneas o sanguijuelas. Son triblásticos con simetría bilateral. Gusanos con segmentación bien desarrollada. Presentan un centro nervioso separado, llamado ganglio, que controla cada segmento, están conectados por cuerdas nerviosas que coordinan su funcionamiento. El celoma en cada segmento está aislado de los otros segmentos. Estos gusanos tienen el cuerpo segmentado, y dicha segmentación es externa e interna. El cuerpo es alargado y de sección redondeada. Los gusanos con cerdas o poliquetos suelen tener sexos separados y se reproducen liberando esperma y huevos en el agua. Por contraste, la lombriz de tierra y la sanguijuela son hermafroditas con fecundación cruzada, en el que la fecundación se produce internamente. FILO MOLUSCA. Son invertebrados, triblásticos, celomados de cuerpo blando, como el caracol, la ostra, el calamar y la babosa. Son animales de cuerpo suave. El plan corporal presenta tres componentes estructurales principales: pie, órgano de locomoción; manto, pliegue de tejido que cubre la masa visceral, constituido por los órganos internos. El sistema circulatorio es abierto, respiran por branquias y se reproducen de manera sexual, la mayoría son hermafroditas con reproducción cruzada. Su simetría es bilateral y su sistema nervioso consta de tres pares de ganglios. FILO ARTROPODA. Triblásticos, celomados con simetría bilateral. Presencia de cordón nervioso ventral. Su reproducción es sexual con sexos separados. Ejemplos son: Arácnidos (arañas, escorpiones, ácaros, opiliones, solífugos, palpígrados y pseudoescorpiones); Miriápodos (quilópodos y diplópodos, es decir, los ciempiés y los milpiés); Crustáceos (Copépodos, Cladóceros, pulgas de agua, ostrácodos, cirrípedos, percebes y bellotas de mar); Anostracos, como Artemia salina (Decápodos, cangrejo de río, cangrejo de mar, isópodos, cochinillas de la humedad); Insectos, caracterizados por tener el cuerpo dividido en cabeza, tórax y abdomen, se pueden distinguir los ojos compuestos, las mandíbulas y las antenas. Los Lepidópteros (mariposas), coleópteros (escarabajos), y dípteros (moscas y mosquitos) son ejemplo de insectos. FILO EQUINODERMATA. Triblásticos celomados con simetría bilateral en el embrión y radial en el adulto, formado, casi siempre, por cinco partes o radios iguales repetidos alrededor del eje del cuerpo del animal. Presentan anillo nervioso y no tienen cerebro, su reproducción es sexual y asexual. Animales exclusivamente marinos, forman parte del bentos, siendo frecuentes en las costas rocosas batidas por el oleaje. En los equinodermos, su estructura anatómica es uniforme y se caracteriza por el aparato locomotor constituido por un sistema de canales, que forman el aparato acuífero, terminado 160 Biología I Unidad 3 por unas estructuras que en su extremo llevan unas ventosas adhesivas llamadas pies ambulacrales. Su cuerpo está recubierto por espinas delgadas o gruesas, localizadas en áreas que se arreglan formando radios que parten del centro del cuerpo, característica que permite identificar a los equinodermos. Este grupo está formado por crinoideos o "lirios de mar", los ofiuroideos o "bailarinas de mar", los asteroideos o "estrellas de mar", los equinoideos o "erizos de mar" y los holoturoideos o "pepinos de mar". FILO CHORDATA. Son triblásticos celomados, con simetría bilateral y con notocorda (cordón nervioso central) que corre a lo largo del tronco. Este grupo está constituido por Tunicados, anfioxos y vertebrados. Los vertebrados son animales con columna vertebral como los peces, anfibios, reptiles aves y mamiferos, que se originaron a partir de animales vermiformes segmentados. Esto se demuestra en la segmentación de la columna vertebral y la seriación de las costillas de los vertebrados actuales, incluyendo al hombre. Las primeras características esqueléticas que se reconocen en los vertebrados primitivos están constituídas por un soporte articulado para el sistema muscular, que es la columna vertebral, y por una caja para albergar el cerebro, que corresponde al cráneo. Los animales en general son de importancia tanto para los pobladores rurales como para los urbanos. La importancia alimenticia de la fauna es muy destacable. Son de trascendental importancia las especies marinas (peces, mariscos y similares), el ganado vacuno, e inclusive las ranas, patos, gallaretas, diversas aves, perdices y otras especies. La producción de cueros ha sido siempre un rubro importante como producto de origen animal. Los productos derivados de los animales también revisten importancia, tal es el caso de la economía relacionada con las aves guaneras (piqueros, alcatraz y otras) que producen el tan cotizado guano, en donde la producción es del orden de unas 20 000 a 200 000 toneladas por año; también es el caso de la producción de colorantes naturales a partir de la cochinilla, un insecto parásito de la tuna y de la que se obtiene el carmín o ácido carmínico, un colorante natural. Los animales vivos se destinan a dos usos importantes: para investigaciones científicas (monos, ratas, cuyos) y para mascotas (perros, gatos, loros). Los usos biomédicos de la fauna están bastante difundidos. Cabe mencionar el veneno de serpiente para la obtención de sueros antiofídicos y la cura de ciertas enfermedades. El aprovechamiento indirecto de la fauna silvestre a través del turismo es una actividad en desarrollo, especialmente con los albergues para viajeros; así cada vez hay más demanda turística para admirar especies de fauna, especialmente aves. 161 Biología I Unidad 3 Después de haber revisado todos estos grupos, debemos darnos cuenta de la magnitud de la diversidad de los seres vivos. Recordemos que por biodiversidad entendemos la amplia variedad de seres vivos (plantas, animales y microorganismos) sobre la Tierra y los ecosistemas donde habitan. El ser humano al igual que el resto de los seres vivientes, es parte integrante de este sistema y también depende de él. Toda esta diversidad biológica provee al ser humano de recursos biológicos que han servido como base para las civilizaciones, ya que por medio de estos recursos se han desarrollado labores tan diversas como la agricultura, la farmacéutica, la industria de pulpa y papel, la horticultura, la construcción y el tratamiento de desechos, entre otros. La pérdida de esta diversidad biológica amenaza nuestros suministros alimentarios, nuestras posibilidades de recreación y turismo, así como nuestras fuentes de madera, medicamentos y energía. También interfiere con las funciones ecológicas esenciales. Durante largos años el desarrollo y la conservación parecieron actividades totalmente incompatibles. Al introducirse no solamente el término sino el concepto Desarrollo sostenible, encontramos que la palabra desarrollo imprime al término sostenible la idea de crecimiento, en particular el económico, y que poca o nada de sentido añade o modifica en cuanto a protección ambiental. En cambio el término sostenible, por la frecuencia y trayectoria de su uso referido en Biología a la conservación de los recursos, confiere al término desarrollo la característica de renovabilidad, y en ninguno de los casos debe implicar la destrucción de los recursos, ni debe poner en peligro la capacidad de sustento del planeta. Tiene por objetivo lograr la superación de la pobreza actual de manera que posteriormente continúen existiendo las posibilidades para que la población futura siga manteniendo una calidad de vida adecuada. No se debe extraer de la naturaleza más de lo que ella misma puede renovar o reponer. La variedad de vida ha evolucionado en el planeta y ésta no se distribuye de igual manera, determinando que haya países con menor o mayor diversidad. Existen diecisiete países mega diversos, siendo México el 4° con 135 millones de hectáreas con el 10% de la biodiversidad mundial y el 1% de las especies endémicas; esta mega diversidad que tiene México se debe a su compleja historia geológica, accidentada topografía y a los múltiples climas y mares que lo rodean. El principal problema que enfrenta la humanidad en la actualidad es la pérdida de la biodiversidad, uno de ellos es la extinción de las especies la cual es de 100 a 1 000 veces superior al de cualquier fenómeno de extinción del pasado; se estima que al año se pierden alrededor de 17 500 especies, lo que significa que cada hora se extinguen dos especies en el planeta. Otro problema es la deforestación, en donde la mitad de la superficie terrestre ha sido ya deforestada y la tendencia continúa. México tiene una tasa de deforestación de 1.2%, una de las más altas dentro de los países mega diversos. Otros problemas relacionados con la biodiversidad son los incendios, la sobreexplotación pesquera, descargas de líquidos y sólidos agrícolas, industriales y urbanos, en los ríos, mares y lagos. En los últimos años ha habido una creciente preocupación por la constante destrucción de los recursos renovables, por lo que tanto la 162 Biología I Unidad 3 sociedad como los gobiernos han impulsado algunas alternativas para lograr que los recursos sean usados y explotados de manera adecuada, al tiempo que se garantice su conservación. Las alternativas propuestas van desde cómo proteger y conservar los ecosistemas naturales y su biodiversidad mediante el establecimiento de áreas naturales protegidas, hasta la manera de usar de manera sustentable y equitativa recursos naturales en la perspectiva del mejoramiento de las condiciones de vida de la población y restaurar áreas prioritarias deterioradas. Otras formas de proteger y conservar la biodiversidad es por medio del uso forestal maderable, agricultura sustentable, pesca sustentable, acuacultura y ecoturismo. El aprovechamiento sustentable de la vida silvestre permite abrir nuevas oportunidades de diversificación económica con el consecuente mejoramiento de la calidad de vida de los poseedores de los recursos. Las interacciones entre los diversos componentes de la diversidad biológica es lo que permite que el planeta pueda estar habitado por todas las especies, incluidos los seres humanos, pero eso depende de nosotros. 163 Biología I Unidad 3 EJERCICIOS INSTRUCCIONES: Lee con atención los siguientes enunciados y escribe en el paréntesis la letra que corresponda a la opción correcta. 1. ( ) Los miembros del Reino Protista se diferencian entre sí por la forma de alimentarse. Algunos se parecen a _________________ porque realizan la __________________. a) bacterias - quimiosintesis. b) plantas - fotosíntesis. c) plantas - absorción d) animales - respiración. 2. ( ) Los mohos plasmodiales son organismos que pertenecen al reino ________________ mientras que los que forman micelios corresponden al reino _______________. a) Protista – Monera b) Protista – Fungi c) Fungi – Protista d) Plantae - Animalia 3. ( ) ¿Cuáles de los siguientes enunciados contienen las características del Reino Protista? I. La mayoría de estos organismos son unicelulares eucariontes. II. Su cuerpo está formado por hifas. III. Su nivel de organización es de colonias simples hasta algunas algas superiores y grupos de transición. IV. Carecen de la organización compleja en tejidos. V. Desarrollan estructuras laminares propagadoras de esporas. a) I, II, III b) I, III, IV c) III, IV, V d) I, IV, VI 164 Biología I Unidad 3 4. ( ) ¿Cuál es la opción que describe a las estructuras de los hongos que están constituidos por crecimiento rápido llamadas ____________, las cuales se alargan y ramifican, semejando una masa algodonosa llamada _________? a) células - madeja. b) cápsulas - cenocítica c) hifas - micelio d) micelio - pluricelular 5. ( ) El _________ emerge del suelo para liberar las _________ que son estructuras de propagación. a) pileo - hifas b) micelio - laminillas c) cuerpo fructífero - esporas d) cuerpo fructífero - hifas 6. ( ) ¿Cuáles de los siguientes enunciados contienen las características del Reino Fungi? I. Estos organismos son unicelulares eucariontes con pared celular de celulosa. II. Su cuerpo está formado por hifas, que se alargan y ramifican formando al micelio. III. Su nivel de organización es de colonias simples hasta algunas algas superiores y grupos de transición. IV. Su nutrición es heterótrofa por absorción (saprofitos) y parasitismo. V. Desarrollan estructuras laminares propagadoras de esporas. a) II, III, IV b) I, III, IV c) III, IV, V d) II, IV, V 165 Biología I Unidad 3 7. ( ) ¿Cuál es la opción que describe las estructuras del Reino Plantae si son organismos ______________ de nutrición ________________? a) eucariontes pluricelulares - heterótrofos por ingestión. b) eucariontes pluricelulares - autótrofos por fotosíntesis. c) procariontes unicelulares - heterótrofos por absorción. d) procariontes unicelulares - autótrofos quimiosintéticos. 8. ( ) ¿Cuáles de los siguientes enunciados contienen las características del Reino Plantae? I. La mayoría de estos organismos son pluricelulares, eucariontes, autótrofos. II. Poseen células conductoras llamadas traqueidas, proporcionan una vía para el transporte de aguas minerales, nutrientes y, por otra parte dan un soporte estructural rígido. III. Su nivel de organización es de colonias simples hasta algunas algas superiores y grupos de transición. IV. Carecen de la organización compleja en tejidos. V. Para la reproducción sexual llegan en su culminación a las estructuras flor y fruto. e) I, II, III f) III, IV, V g) I, II, V h) I, IV, VI 9. ( ) Hay 50 millones de casos reportados por esta enfermedad. Es de importancia biológica, económico y social. Es la __________________ y provocada por __________________. a) amibiasis - Entamoeba histolytica b) candidiasis - Giardia lamblia. c) levadura - Saccharomyces cerevisiae. d) giardiasis - Candida albicans. 166 Biología I Unidad 3 10. ( ) Se emplea en muchos procesos de fermentación industrial, por ejemplo, en la producción de cerveza, vino, pan y antibióticos. a) amibiasis - Entamoeba histolytica b) candidiasis - Giardia lamblia. c) levadura - Saccharomyces cerevisiae. d) giardiasis - Candida albicans. 11. ( ) Una asociación simbiótica mutuamente benéfica con __________________ en las que el micelio asociado a la raíz absorbe agua y sales minerales, son _________________. a) hongos - líquenes b) plantas superiores - levaduras c) levadura - líquenes d) plantas superiores - micorrizas 12. ( ) Son organismos ___________________ de nutrición __________________. a) eucariontes pluricelulares - heterótrofa por ingestión. b) eucariontes pluricelulares - autótrofa por fotosíntesis. c) procariontes unicelulares - heterótrofa por absorción d) procariontes unicelulares - autótrofa quimiosintéticos. 13. ( ) ¿Cuáles enunciados hacen referencia a los criterios de clasificación del Reino Animalia? I. Ciclo reproductor con alternancia de generaciones. II. Presencia o ausencia de metameros o segmentos corporales. III. Formación de micelios y cuerpos fructíferos. IV. Presencia o ausencia de celoma. V. Tipo de simetría radial o bilateral. a) I, III, IV b) II, III, V c) II, IV, V d) I, IV, V 167 Biología I Unidad 3 14. ( ) El filo _________________ agrupa organismos como las esponjas, dos criterios para su clasificación es que son _______________________ y ________________________. a) Porifera - diblásticos y acelomados. b) Molusco - diblásticos y pseudocelomados. c) Artrópoda - triblásticos y celomados. d) Chordata - triblásticos y acelomados. 15. La diversidad biológica provee al ___________ de recursos biológicos, ya que por medio de éstos se han desarrollado labores tan diversas como ________________y la farmacéutica, entre otras actividades. a) ser humano - la agricultura b) medio ambiente - humanidad c) medio - ecología d) humano - tecnología 16. ( ) ¿Cuáles enunciados hacen referencia al desarrollo sostenible? I. La pérdida de la diversidad biológica no amenaza nuestros suministros alimentarios. II. El desarrollo y la conservación parecen actividades totalmente incompatibles. III. La pérdida de la diversidad biológica amenaza nuestros suministros alimentarios. IV. La pérdida de la diversidad biológica interfiere con las funciones ecológicas esenciales. V. La pérdida de la diversidad biológica no interfiere con las funciones ecológicas esenciales. a) I, III, IV b) II, III, IV c) II, IV, V d) I, IV, V 168 Biología I Unidad 3 INSTRUCCIONES: Lee las siguientes preguntas y anota sobre la línea la respuesta correcta. 17. El desarrollo no debe implicar la destrucción de los recursos, ni debe poner en peligro la capacidad de sustento finita del planeta. Hablamos del concepto de: _________________. 18. La modalidad en la reproducción que presentan las plantas es con un ciclo de vida particular, en el que una fase diploide (2n) da origen a una ________________________________, 169 fase haploide (n). Este ciclo se llama: Biología I Unidad 3 TABLA DE COMPROBACIÓN Número de pregunta 1 Respuesta correcta b 2 b 3 b 4 b 5 c 6 d 7 b 8 c 9 a 10 c 11 d 12 a 13 c 14 a 15 a 16 b 17 desarrollo sostenible 18 alternancia de generaciones Sugerencias Si te equivocas al contestar algunos ejercicios, te recomiendo que nuevamente estudies el desarrollo del tema de tu guía. 170 Biología I Unidad 3 AUTOEVALUACIÓN El tiempo para la resolución de todos los ejercicios: 30 minutos. INSTRUCCIONES: Lee con atención los siguientes enunciados y escribe en el paréntesis la letra que corresponda a la opción correcta. 1. ( ) Este reino incluye a eucariontes unicelulares y a los primeros pluricelulares simples, pero que no constituyen tejidos verdaderos. Este reino fue propuesto por la dificultad que entrañaba la separación de unicelulares animales de los vegetales. a) Protista b) Plantae c) Fungi d) Animalia 2. ( ) Estos organismos se llaman ______________, son fotosintéticas y se caracterizan por tener unas finas valvas dobles de sílice mientras que, por ser heterótrofo - parásito________________ es semejante a un animal. a) dinoflagelados - hifoquitridios b) euglenofitos - plasmodiales c) algas diatomeas - ameba d) hifoquitridios - plasmodiales 3. ( ) En este reino su nivel celular es eucarionte unicelular y pluricelular con nutrición heterótrofa, presenta pared celular revestida de quitina y estructura algodonosa llamada micelio. a) Protista b) Plantae c) Fungi d) Animalia 171 Biología I Unidad 3 4. ( ) Los hongos más evolucionados desarrollan estructuras de propagación complejas, especialmente en la forma de liberar esporas. Los dos Fila más complejos en este sentido son: a) Ascomycota y Zygomycota. b) Chytridiomycota y Zygomycota. c) Basidiomycota y Chytridiomycota. d) Ascomycota y Basidiomycota. 5. ( ) La reproducción sexual de estos organismos llega a su culminación con las estructuras _____________, además de que poseen células conductoras llamadas _____________, que transportan agua, minerales, nutrientes y proporcionan soporte estructural. a) flor y fruto - traqueidas b) esporas - raíces c) flor y fruto - raíces d) esporas - traqueidas 6. ( ) Este reino se caracteriza por agrupar organismos pluricelulares, eucariontes, autótrofos y con ciclo de vida de alternancia de generaciones; para su reproducción sexual desarrollan estructuras especializadas. a) Protista. b) Plantae. c) Fungi. d) Animalia. 7. ( ) La importancia biológica, económica y social de este grupo se basa en que aporta numerosos recursos económicos, son descomponedores de la materia orgánica, representados por especies comestibles, venenosas y útiles en la medicina (antibióticos). a) Protista. b) Plantae. c) Fungi. d) Animalia. 172 Biología I Unidad 3 8. ( ) La importancia biológica, económica y social de este grupo se basa en que aporta numerosos recursos económicos, de utilidad industrial y medicinal, por ser autótrofos producen alimento para los heterótrofos y proveen de oxígeno a la atmósfera. a) Protista. b) Plantae. c) Fungi. d) Animalia. 9. ( ) Este reino se caracteriza por agrupar organismos pluricelulares, eucariontes, heterótrofos, con presencia o ausencia de metameros o segmentos corporales, presencia o ausencia de celoma y tipo de simetría radial o bilateral. a) Protista. b) Plantae. c) Fungi. d) Animalia. 10. ( ) Los animales pluricelulares triblásticos presentan una cavidad corporal que se desarrolla dentro del mesodermo embrionario. Permite el desarrollo de órganos internos, separa la pared del cuerpo de los órganos internos y permite la flexibilidad del organismo. a) Capas blastodérmicas b) Simetría c) Celoma d) Notocorda 11. ( ) Los animales tienen para el hombre una importancia muy destacable, por ejemplo, las especies marinas (peces, mariscos y similares), el ganado vacuno, inclusive las ranas, los patos, las gallaretas, las aves, perdices, y otras especies determinan su: a) Importancia alimenticia. b) Producción de colorantes naturales. c) Cura de ciertas enfermedades. d) Actividad del turismo. 173 Biología I Unidad 3 12. ( ) Los productos derivados de los animales también revisten importancia, tal es el caso de la economía relacionada con la cochinilla, un insecto parásito de la tuna y de la que se obtiene el carmín o ácido carmínico. a) Importancia alimenticia. b) Producción de colorantes naturales. c) Cura de ciertas enfermedades. d) Actividad del turismo. 13. ( ) Cuando nuestros suministros alimentarios, las posibilidades de recreación y turismo, las fuentes de madera, medicamentos y energía se ven amenazados, estamos hablando de: a) importancia alimenticia. b) pérdida de la diversidad biológica. c) cura de ciertas enfermedades. d) actividad del turismo. 14. ( ) Selecciona la opción que contiene los enunciados que hacen referencia al Desarrollo Sostenible. I. La diversidad biológica amenaza solamente nuestros suministros alimentarios. II. El desarrollo y la conservación son actividades totalmente incompatibles. III. La pérdida de la diversidad biológica amenaza nuestros suministros alimentarios. IV. Confiere la característica de renovabilidad y no debe implicar la destrucción de los recursos V. La pérdida de la diversidad biológica interfiere con las funciones ecológicas esenciales. . a) I, III, IV b) II, III, IV c) II, IV, V d) III, IV, V 174 Biología I Unidad 3 CLAVE DE RESPUESTAS 175 Número de pregunta 1 Respuesta correcta a 2 c 3 c 4 d 5 a 6 b 7 c 8 b 9 d 10 c 11 a 12 b 13 b 14 d Biología I Unidad 3 La Guía de estudio para presentar exámenes de Recuperación o Acreditación Especial de fue elaborada por la Secretaría Académica, a través de la Dirección de Planeación Académica, con la colaboración de: Sara López Díaz Juan Macías Carrillo Reyes Rubí Velasco Revisión técnica Centro de Evaluación y Planeación Académica (CEPAC) Este material se utiliza en el proceso de enseñanza-aprendizaje del Colegio de Bachilleres, institución pública de educación media superior del Sistema Educativo Nacional. Junio 2005 La Guía de estudio para presentar exámenes de Recuperación y Acreditación Especial de Biología I (versión preliminar) se terminó de imprimir en los talleres del Colegio de Bachilleres. Rancho Vista Hermosa 105 Col. Ex Hacienda Coapa, México. DF El tiraje fue de 100 ejemplares más sobrantes para reposición. Colegio de Bachilleres www.cbachilleres.edu.mx Rancho Vista Hermosa núm. 105, Colonia Ex-Hacienda Coapa, C.P. 04920, Coyoacán, D.F. 178
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