Unidad I: Biología Básica (Folleto 1)

Unidad I: Biología Básica
(Folleto 1)
Asignatura: Fundamentos de los Procesos
Biológicos
Ing. María Elena Ramírez Chavarría
01/02/2013
UNIDAD I: Biología Básica
INTRODUCCIÓN
A lo largo de los últimos decenios, las investigaciones en la ciencia básica de la
Biología han generado conocimientos sorprendentes a cerca de nosotros mismos,
la especie humana, y de los millones de otras formas de vida con que
compartimos el planeta.
Según la teoría celular, que es uno de los conceptos unificadores fundamentales
de la biología, todos los seres vivos se componen de unidades básicas llamadas
células y de sustancias producidas por éstas.
Aunque los seres vivos varían mucho en tamaño y aspecto, todos (a excepción de
los virus) se componen de estos pequeños bloques
fundamentales de
construcción. Algunas de las formas de vida más sencillas como las bacterias, son
unicelulares, o sea, que consisten de una sola célula. Otros en cambio son
multicelulares. En los complejos organismos multicelulares, los procesos
biológicos dependen del funcionamiento coordinado de las células componentes.
(Villee, Martín, Berg, & P., 1996)
Todos los organismos vivos crecen, por lo tanto, el crecimiento es el aumento de
masa resultante de: el mayor tamaño de las células, aumento del número de
células o ambos fenómenos. Uno de los aspectos singulares de crecimiento, es
que, en cada parte del organismo continúa el funcionamiento mientras crece.
Todos los seres vivos se desarrollan, además de crecer. El desarrollo incluye
todos los cambios que ocurre durante la vida del organismo.
En todos los seres vivos ocurren reacciones químicas y transformaciones de
energía en formas útiles. La suma de todas las actividades químicas de un
organismo se llama metabolismo. Las reacciones metabólicas sobreviven de
manera continua en todos los seres vivos y deben estar reguladas en forma
minuciosa porque se mantenga el estado interno equilibrado.
El movimiento es una propiedad básica de las células y es otra característica de
los seres vivos. La materia viva en el interior de las células está en movimiento
continuo. Los seres vivos también respondes a estímulos, que son los cambios
físicos o químicos en su ambiente interno o externo.
Sabemos que un ser vivo solo puede existir de un organismo preexistente. Uno de
los principios fundamentales de la biología, es que “la vida proviene solo de
seres vivos”. Si hay una característica que puede mencionarse como la esencia
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misma de la vida, es la capacidad de los organismos vivos reproducirse. En
organismos simples como las amibas la reproducción tiende a se asexual, es decir
sin la participación de sexos, pero en la mayoría de las plantas y los animales la
reproducción es sexual y depende de células especializadas llamadas gametos
masculinos y femeninos.
La capacidad de una población para evolucionar (cambiar) y adaptarse a su
ambiente, es la característica que le permite sobrevivir a un mundo cambiante. Las
adaptaciones son los rasgos que mejoran la capacidad de un organismo para
sobrevivir en un ambiente dado y pueden consistir en cualquier combinación de
adaptaciones estructurales biológicas y de conducta.
La información debe transmitirse en cada individuo, entre individuos y de una
generación a la siguiente. A fin de que un individuo crezca, se desarrolle, lleve a
cabo el metabolismo autorregulado, se mueva, responda a estímulos y se
reproduzca, debe tener instrucciones precisas. La información que los organismos
necesitan para efectuar estos procesos está codificada y se transmite en la forma
de sustancias químicas e impulsos eléctricos. En organismos que se reproducen
sexualmente, cada descendiente es una combinación de los rasgos de sus
progenitores. El ADN (Ácido Dexosirribonucléico) es una sustancia que compone
los genes o unidades de material hereditario. (Villee, Martín, Berg, & P., 1996)
1.1 Principios básicos y químicos que rigen los sistemas vivientes
1.1.1
Principio Básico
El nivel químico es el de organización más sencilla. Incluye las partículas básicas
de toda la materia, es decir, los átomos, y sus combinaciones llamadas moléculas.
Un átomo es la unidad mínima de un elemento químico (sustancia fundamental)
que posee propiedades características de dicho elemento. Lo átomos se combinan
químicamente en moléculas, de tal manera que dos átomos de hidrógeno se
combinan con una de oxígeno y forman una molécula de agua.
La vida evolucionó a partir de átomos y moléculas. En el nivel celular, se observa
que muchas moléculas diversas se asocian y forman estructuras complejas y muy
especializadas en las células llamadas organelos. La célula en sí es la unidad
funcional y estructural básica vital, es decir, la parte más sencilla de materia viva
que puede llevar a cabo todas las actividades necesarias para la vida. (Smith &
Smith, 2001)
En la mayor parte de los organismos multicelulares las células formas tejidos,
como el tejido muscular en los animales o la epidermis (tejido que forma la
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cubierta protectora) en las plantas por ejemplo. A su vez los tejidos están
dispuestos a estructuras funcionales, llamadas órganos como el corazón en los
en los animales o las raíces en las plantas. Cada grupo principal de funciones
biológicas se ejerce por un grupo coordinado de tejidos y órganos llamado
sistema o aparato orgánico, por ejemplo el sistema digestivo en los animales o
sistema de conducción en las plantas. Los sistemas o aparatos orgánicos
funcionan juntos, de manera coordinada, con gran precisión y componen el
complejo organismo multicelular.
1.1.2 Fundamento químicos de la vida
Todo lo que existe en la tierra se compone de átomos y moléculas. Los principios
físicos y químicos que rigen los seres vivientes son los mismos que gobiernan los
sistemas no vivientes o abióticos.
En los seres vivos, la organización, disposición y combinación de sus moléculas
dan como resultados las propiedades y características por las cuales se manifiesta
la vida. Todos los seres vivos son compuestos orgánicos e inorgánicos integrados
y ordenados.
Los elementos son sustancias que no se pueden separar en otras más sencillas
mediante las reacciones químicas ordinarias. La materia del universo se forma de
92 elementos naturales, que van desde el hidrógeno (que es el más ligero) hasta
el uranio (que es el más pesado). Casi el 98% de la masa de un organismo se
compone de 6 elementos fundamentales: O2, N2, H2, C2, Ca y P.
Atendiendo a su abundancia los elementos se pueden clasificar en:
 Bioelementos primarios:
Aparecen en una proporción media aproximada del 96% de la materia viva, entre
ellos tenemos: O2, N2, H2, C2, P y S. Estos elementos reúnen una serie de
propiedades que los hacen adecuados para la vida.
 Bioelementos Secundarios:
Aparecen en una proporción media próxima al 3.3% entre ellos están: Ca, Na, K,
Mg y Cl desempeñando funciones de vital importancia en la fisiología celular.
 Oligoelementos:
Denominados también elementos vestigiales o micro constituyentes. Estos
aparecen en la materia viva en proporción menor al 0.1%, pero también son
esenciales para la vida, estos son: Fe, Mn, Cu, Zn, F, Br, Silicio, Vanadio, Cobalto,
Selenio, Molibdeno y Estaño.
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Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan
bioelementos, que en los seres vivos forman biomoléculas. Estos elementos se
pueden clasificar en dos grandes grupos: Orgánicos e Inorgánicos. Los
compuestos orgánicos por lo general son grandes y complejos, además que casi
siempre contienen carbono (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucléicos). Por su
parte los compuestos en los que no aparece este elemento se llaman
Compuestos Inorgánicos que son sustancias relativamente pequeñas y
sencillas. Entre los compuestos inorgánicos de importancia biológica se
encuentran: el agua, ácidos y bases sencillas y sales sencillas (sales minerales).
También algunas sustancias o gases como el CO2 y compuestos carbonados se
consideran inorgánicas, aunque contengan carbono, así como oxígeno y el
nitrógeno atmosférico.
El agua es indispensable para la vida
El agua es la fuente de oxígeno en el aire que respiramos por intermedio del
metabolismo vegetal, y sus átomos de hidrógeno se incorporan a muchos
compuestos orgánicos en cuerpos de los seres vivos. También es el solvente de
muchas reacciones biológicas y un reactivo o producto de numerosas reacciones
químicas.
Las sales minerales: están constituidas por elementos como el calcio, sodio,
potasio, cloro y magnesio. Estas sustancias se encuentran en pequeñas
proporciones en los organismos vivos, pero son de vital importancia en procesos
de digestión, respiración y nutrición. Como las sales son solubles en agua, se
encuentran con facilidad en casi todos los cuerpos de los seres vivos.
1.2 Biogénesis.
Los elementos biogenésicos (bio = vida; génesis= origen o formación) son
aquellos que intervienen en la conformación de los seres vivos, entre ellos están
Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno.
Los principales grupos de compuestos orgánicos en los seres vivos son: los
lípidos, carbohidratos, proteínas y ácidos nucleicos. El Carbono tiene
propiedades químicas que lo hacen muy importantes en los seres vivos.
El Hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido; es más ligero que el aire y es
muy activo químicamente, es decir, puede reaccionar con la mayoría de los
elementos y compuestos químicos. Forma parte de todos los compuestos
orgánicos, junto con el carbono.
El Oxígeno es un gas muy importante para la mayoría de os seres vivos, pues
resulta indispensable para la respiración. Se encuentra en una proporción del
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21% en el aire. Las reacciones en las que el oxígeno se encuentra presente se
llaman oxidaciones, además el oxígeno es un gas que ayuda a la combustión de
las sustancias y forma parte de gran cantidad de los compuestos orgánicos.
El Nitrógeno también es muy importante para la vida porque se encuentra en
todas las composiciones de las proteínas. En la naturaleza, se encuentra de forma
libre como parte del aire atmosférico, o combinado en forma de sales, llamados
nitratos que se hallan principalmente en el suelo. El nitrógeno de estas sales lo
utilizan los vegetales para formar proteínas.
1.3 Teoría Celular
La teoría celular establece que:
 Todo ser vivo está formado por una o más células.
 La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica
y fisiológica del ser vivo.
 Toda célula procede de otra célula preexistente.
 El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.
La célula es la unidad más pequeña de materia viva, capaz de llevar a cabo todas
las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida. Tiene todos los
componentes físicos y químicos necesarios para su propio mantenimiento,
crecimiento y reproducción.
El concepto unificador de que todas las células son la unidad fundamental de
todos los seres vivos, forma parte de la teoría celular. Dos científicos alemanes: el
botánico Matthias Schleiden en 1838 y el zoólogo Theodor Schwann en 1839
fueron los primeros en señalar que las plantas y los animales se componen de
grupos de células y que la célula es la unidad básica de los organismos vivos.
En 1855, Rudolph Virchow amplió la teoría celular y afirmó que se forman nuevas
células solo por división de preexistentes. Dicho de otra manera, las células no
surgen por generación espontánea proveniente de materia inanimada, como lo
pensaba Aristóteles. Hacia 1880, otro famoso biólogo, August Weismann, expresó
que todas las células de hoy, tienen antecesoras que se remontan de tiempos
antiguos. La prueba de que todas las células vivas actuales tienen un origen
común, radica en las similitudes básicas de sus estructuras y las moléculas que se
componen.
Existen células procariotas y eucariotas.
Las células procariotas no poseen núcleos u órganos dentro de las membranas.
Las especies archaea y eubacterias poseen células procariotas.
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 El material genético ADN está
libre en el citoplasma
 Sólo posee unos orgánulos
llamados ribosomas.
 Es el tipo de célula que
presentan las bacterias.
Las células eucariotas tienen un núcleo y órganos cubiertos por membranas.
Cada órgano tiene una función específica. Todas las especies en el dominio de las
eucariotas (protistas, hongos, plantas y animales) tienen eucariotas. Los
protozoarios individuales son pequeños y tienen una sola célula, mientras que una
planta o animal tienen trillones de células.
 El material genético ADN está
encerrado en una membrana y forma
el núcleo.
 Posee un gran número de orgánulos.
 Es el tipo de célula que presentan el
resto de seres vivos.
1.3.1 El Ciclo Celular
El ciclo celular es la secuencia de procesos en la vida de una célula eucariota que
conserva la capacidad de dividirse. Consiste en la interfase, mitosis y citocinesis.
El lapso de tiempo requerido para completar un ciclo celular es el tiempo de
regeneración. (Lomanto, Ortíz, Bretón, Gómez, & Mesa, 2003)
En general todas las células pasan por dos períodos en el curso de su ciclo
celular:
 Uno de INTERFASE: es el período durante el cual la célula crece, replica
su ADN y se prepara para la siguiente división. Consta de 2 fases:
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Fase de Síntesis (S): en esta etapa la célula duplica su material genético para
pasarle una copia completa del genoma a cada una de sus células hijas.
Fase G1 y G2 (Intervalo): entre las fases S y M de cada ciclo hay 2 fases
denominadas intervalo, en las cuáles la célula está muy activa metabólicamente,
lo cual le permite incrementar su tamaño (aumentando el número de proteínas y
de organelos), de lo contrario las células se harían más pequeñas con cada
división.
 Período de división o FASE M: es el estadio más dramático de la célula,
produciéndose a su vez dos sucesos:
MITOSIS o división del núcleo: en esta fase se reparte a las células hijas el
material genético duplicado, a través de la segregación de los cromosomas. La
fase M, para su estudio se divide en:

Profase: en esta etapa los cromosomas (constituidos de 2
cromátidas hermanas) se condensan en el núcleo, mientras
en el citoplasma se comienza a ensamblar el huso mitótico
entre los centrosomas.
 Metafase: comienza con el rompimiento de la membrana
nuclear, de esta manera los cromosomas se pueden unir al huso
mitótico (mediante cinetocoros). Una vez unidos los cromosomas,
éstos se alinean en el ecuador de la célula.

Anafase: se produce la separación de las cromátidas
hermanas, las cuales dan lugar a dos cromosomas hijos, los
cuales migran hacia polos opuestos de la célula.
 Telofase: aquí ambos juegos de cromosomas llegan a los polos
de la célula y adoptan una estructura menos densa, posteriormente se
forma nuevamente la envoltura nuclear. Al finalizar esta fase, la
división del citoplasma y sus contenidos comienza con la formación de
un anillo contráctil.
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 CITOCINESIS o división del citoplasma en dos células
hijas. Finalmente se divide la célula mediante el anillo
contráctil de actina y miosina, produciendo 2 células
hijas cada una con un juego completo de cromosomas.
A continuación se representa un resumen gráfico de la mitosis:
Tras la mitosis la célula
original se convierte en
2 células hijas: idénticas
entre si, idénticas a la
célula madre y con el
mismo
número
de
cromosomas que la
célula madre.
Bibliografía
Lomanto, L., Ortíz, O., Bretón, C., Gómez, Á., & Mesa, V. (2003). El ciclo celular.
Recuperado
el
22
de
Febrero
de
2013,
de
http://biologiamyblog.files.wordpress.com/2010/02/ciclo-cell1.pdf
Smith, R. L., & Smith, T. M. (2001). Ecología. Madrid, España: 664p.
Villee, C., Martín, D. W., Berg, L. R., & P., S. E. (1996). Biología de Villee. Tercera
Edición. Impreso en México: 1,193p. ISBN: 968-25-2396-6.
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