PRESENTACIÓN Y OBJETIVOS

Las capacidades a lograr por parte del alumnado son:

1.  Identificar la estructura básica y los principales conceptos de la Biología como ciencia

      empírica.

2.  Resolver problemas relacionados con la Biología, seleccionando y aplicando los

    conocimientos biológicos correspondientes.

3. Interpretar y utilizar de forma adecuada el lenguaje propio de la Biología.

4. Valorar la importancia de los microorganismos, su papel en los procesos industriales y

    sus efectos patógenos sobre los seres vivos.

5.  Integrar las relaciones existentes entre la Biología, la Tecnología y la Sociedad,

     valorando las aportaciones de esta ciencia para la gestión adecuada del medio

    ambiente y la mejora de las condiciones de vida actuales.

6. Valorar la información proveniente de distintas fuentes para formarse una opinión

    propia, que permita expresarse críticamente sobre los problemas actuales relacionados

    con la Biología.

INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA

La biología (del griego «βίος» bíos, vida, y «-λογία» -logía, tratado, estudio, ciencia) es la ciencia que tiene como objeto de estudio a los seres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus propiedades: nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc. Se ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los organismos individuales, como de las especies en su conjunto, así como de la reproducción de los seres vivos y de las interacciones entre ellos y el entorno.

HISTORIA DE LA BIOLOGÍA

LA EDAD ANTIGUA (HASTA EL SIGLO V)

Hasta los griegos el saber en Biología era de carácter popular, exceptuando quizás los pueblos de Egipto y Babilonia donde (en relación con la medicina y el embalsamamiento de cadáveres) se consiguieron importantes avances en Anatomía y Fisiología animal y humana.

Seiscientos años antes de Cristo, apareció en la isla griega de Cos la primera escuela dedicada a la Medicina.  En ella se  destaca Hipócrates (460-3 70 a. C.) quien consideraba que las enfermedades eran procesos naturales que había que combatir ayudando a las propias fuerzas curadoras de la Naturaleza.

Aristóteles (384-322 a. C.) puede ser considerado como el primer biólogo. Estudió las semejanzas y diferencias entre las diferentes especies de seres vivos y realizó una primera clasificación, introduciendo términos como el de animales con sangre y animales sin sangre (equivalen a los de animales vertebrados y animales invertebrados).

Aristóteles aplicó y difundió las ideas de Empédocles de Agrigento (492-432 a. C.) para quien el mundo y sus habitantes estaban formados por cuatro elementos: agua, aire, tierra y fuego.  Al observar los animales que surgían del lodo, de las ciénagas, etc., Aristóteles supuso que muchos nacían por generación espontánea tras la unión de tierra y agua y la interpenetración de una fuerza vital.  Para otros seres superiores, consideró su nacimiento mediante reproducción sexual.

En la Roma imperial cabe citar los nombres de Dioscórides, uno de los primeros botánicos; de Lucrecio y su obra De rerurn naturae; y de Plinio el Viejo (23-79 d. C.), autor de una importante Historia natural en la que se citan especies tanto reales como mitológicas o inventadas.  Posteriormente destaca Galeno (129-201), famoso par sus aportaciones en el campo de la Medicina.

LA EDAD MEDIA (SIGLOS V-XV)

En el siglo XI comenzaron a surgir las Universidades, en las que se estudiaba a Aristóteles, al que se le consideraba el maestro.

Roger Bacon (1214-1294), fraile franciscano partidario de que en la investigación científica los razonamientos teóricos nada prueban, que todo depende de la experimentación (los resultados).

LA ÉPOCA DEL RENACIMIENTO

Entre los científicos más importantes de esta época destacan Redi (1626-1698), que se declaró contrario a la generación espontánea; los hermanos Janssen, que inventaron el microscopio a finales del siglo XVI; Malpighi (1628-1694), que Descubrió los capilares sanguíneos, los alvéolos pulmonares, la circulación renal (pirámides de Malpighi), etc.; y Robert Hooke (1635-1703), que introdujo el término célula.

EL SIGLO XVIII

Entre los científicos del siglo XVIII mencionaremos a Van Leeuwenhoek (1632-1723), descubridor de los protozoos y primer observador de células como los glóbulos rojos, los espermatozoides y las bacterias; T. Needham (1731-1789), defensor de la generación espontánea, y Spallanzani (1729-1799), detractor de la misma.

El siglo XVIII es el siglo de los grandes viajeros y sistemáticos.  Entre ellos destaca el sueco Karl von Linné (1707-1778), fijista y aristotélico, que  ideó la nomenclatura binomial de género y especie, actualmente en uso, y clasificó los animales y las plantas en las sucesivas ediciones de su obra Sistema naturae.  Esta obra sirve de base a la sistemática actual. 

EL SIGLO XIX

 Tras el siglo XVIII en el que la mayor actividad de los biólogos se desarrolló en el campo de la sistemática, en un intento de clasificar las especies procedentes del Nuevo Mundo, se suscitó en el siglo XIX una interpretación, basada en la razón, tanto de la aparición de las diferentes especies como de su distribución y parentesco.  Así surgió la teoría evolucionista, uno de cuyos primeros defensores fue el francés Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), que explicaba su hipótesis basándose en dos principios: «la necesidad crea el órgano y su función lo desarrolla», y «los caracteres adquiridos se heredan».

 Esta teoría chocaba, por un lado, con la crítica de quienes pedían datos, experiencias, etc., que la confirmaran y, por otro, con la opinión del francés Georges Cuvier (1769-1832), considerado como el padre de la Paleontología y de la Anatomía comparada, Cuvier era fijista, es decir, creía en la inmutabilidad de las especies.  

 En 1859, el naturalista inglés Charles Darwin (1809-1882) publicó El origen de las especies.  En este libro recogió las conclusiones a que había llegado durante el viaje científico que muchos años antes había realizado por todo el Nuevo Mundo a bordo del Beagle. La teoría de Darwin se apoyaba en dos puntos: la variabilidad de la descendencia y la selección natural o, dicho de otro modo, la supervivencia del más apto.

 Schwann (1810-1882) y Schleiden (1804-1,881), destacaron en Histología por enunciar la teoría celular.  En Microbiología,Pasteur (1822-1895) llevó a cabo experimentos definitivos sobre la irrealidad de la generación espontánea, descubrió que algunos microorganismos tenían carácter patógeno, aisló el bacilo del cólera de las gallinas, dedujo el concepto de inmunidad y descubrió la vacuna antirrábica. Posteriormente, Robert Koch (1843-1910) aisló el microbio que producía el carbunco, el bacilo de la tuberculosis y el microbio del cólera.  En 1865, el médico escocés Josepli Lister (1827-1912) descubrió que la infección de las heridas se debe a las bacterias y en 1867 utilizó el fenol para crear un ambiente bactericida en la sala de operaciones.  En 1884, el médico y bacteriólogo español Jaime Ferrán (1852-1929) descubrió la vacuna contra el cólera.  En Fisiología destacó Claude Bernard (1813-1878), que puede ser considerado como el padre de la Fisiología.

  En 1865, el agustino Gregor Mendel (1822-1884) publicó sus trabajos sobre las leyes que sigue la herencia biológica.

 A mediados del siglo XIX apareció el término «ecología» para designar a una nueva rama de las Ciencias Biológicas.  Ernst Haeckel fue tal vez el primero que definió esta ciencia. El zoólogo francés I. Geoffroy Saint-Hilaire propuso la denominación «etología» para el estudio de las relaciones de los organismos dentro de la familia, de la sociedad en su conjunto y de la comunidad.

EL SIGLO XX

En el siglo XX se produjo una revolución científica por la aparición de nuevos instrumentos, como el microscopio electrónico, que ha permitido grandes avances en Citología e Histología, como a la gran cantidad de personas y grupos de investigación que se dedican a la ciencia en todo el mundo.  Son tantos estos avances que a continuación vamos a enumerar los más significativos:

• 1905, Koch, bacilo de la Tuberculosis.

• 1911, Morgan, recombinación genética y mapas cromosómicos.

• 1923, McLeod y Banting, descubrimiento de la insulina.
• 1924, Oparin, hipótesis del origen abiótico de la vida.

• 1929, Fleming, descubrimiento de la Penicilina.
• 1941, Beadle y Tatum, relaciones entre genes y enzimas.
• 1953, Watson y Crick, estructura de la doble hélice de ADN.
• 1964, Bloch y Lynen, metabolismo de lípidos.
• 1965, Jacob y Monod, funcionamiento de los genes.
• 1987, Tonegawa, diversidad de los anticuerpos.
• 1989, Altman y Cech, propiedades catalíticas del ARN.

PERSPECTIVAS ACTUALES Y DE FUTURO DE LA BIOLOGÍA.

  La Biología es una ciencia pura, cuyo objeto es el conocimiento de qué es y de cómo se desarrolla la vida. Se siguen dos líneas de trabajo: la investigación pura y la investigación aplicada. 

BIOLOGÍA Y MEDICINA

  Todavía se desconoce un tratamiento eficaz para los principales tipos de cáncer.  El uso indiscriminado de antibióticos ha hecho que la aparición de cepas resistentes sea, por desgracia, muy frecuente.

Se requiere, por tanto, descubrir nuevos antibióticos.  Aún no existe un tratamiento eficaz para las enfermedades producidas por virus (gripe, hepatitis, SIDA, etc.).

  Las enfermedades por deficiencia en la herencia genética son muy difíciles de tratar mediante las terapias convencionales (fármacos).  La posibilidad de sustituir los genes defectuosos mediante la Ingeniería genética abre una ventana de esperanza para muchos enfermos.  Los trasplantes de órganos se ven limitados por procesos inmunitarios de rechazo de los nuevos tejidos. Todavía existen enfermedades tan comunes como la artrosis, el reuma, la úlcera, etc., para las que por el momento no hay una terapéutica satisfactoria.

BIOLOGÍA E INDUSTRIA

    En la actualidad se trabaja en fermentaciones, como la elaboración de vino a partir del zumo de uva, la fermentación de la harina para hacer pan, la fermentación de la leche para obtener yogur y diferentes tipos de quesos, etc.

También se trabaja en la extracción de sustancias alcaloides, vitaminas, etc., de las plantas.  En el futuro es previsible que se incremente la línea de la síntesis artificial de sustancias orgánicas.  Así se obtienen ya muchas hormonas, antibióticos y vitaminas.  El conocimiento profundo de la fotosíntesis tal vez permita la obtención de materia orgánica a expensas simplemente de agua, anhídrido carbónico, sales minerales y luz.  Del petróleo podrían obtenerse glúcidos y lípidos e incluso, por filtración, proteínas.  El estudio sobre las posibilidades de asimilar la celulosa en el tubo digestivo humano puede también contribuir a la obtención de un nuevo alimento.

BIOLOGÍA EN AGRICULTURA Y GANADERÍA.

     Actualmente se trabaja en la lucha biológica.  Se trata de encontrar especies parásitas o depredadoras de las plagas cuyo ciclo de reproducción sea más rápido.  También se utiliza el método de soltar hembras o machos esterilizados.

Otro aspecto interesante de la Biología aplicada a este campo es la obtención, por selección de nuevas razas, de ganado de mayor  rendimiento (vacas de leche y de carne, cerdos, gallinas, etc.). En esta misma línea está la obtención de híbridos de elevado rendimiento agrícola, por ejemplo, híbridos de maíz con mazorcas dos o tres veces más pesadas que las normales, variedades de patatas de tubérculos más grandes o más resistentes frente a un clima, etc.

BIOLOGÍA  Y MEDIO AMBIENTE

     El predominio de la especie humana sobre las demás especies ha producido una variación importante en el equilibrio biológico de prácticamente toda la Tierra.

     Ante la pasividad de la sociedad se ha ido liquidando el patrimonio natural de las futuras generaciones: industrias que contaminan las aguas y la atmósfera, uso irracional de los recursos, distribución absurda de la población humana en ciudades de millones de habitantes mientras que más de la mitad de la Tierra está deshabitado, aprovechamiento devastador del campo y del mar...

    El impacto ecológico no es fruto de un simple aumento de población, sino más bien el resultado de una grave falta de organización y de previsión.  Desde hace mucho tiempo se conoce la conveniencia de núcleos de población pequeños, que ocupen poca superficie, permitan zonas amplias de bosque y queden armonizados con el paisaje circundante.

    Al vivir los hombres en grandes núcleos de población, se hace preciso un alto grado de organización y esto lleva consigo el desequilibrio del entorno.  Esto acarrea un desequilibrio ecológico en aquellas zonas del entorno en donde se vierten los residuos, en donde se realizan los monocultivos necesarios para la alimentación de la ciudad, en donde se obtiene energía para dicha ciudad, etc.  Son pues, preferibles los núcleos urbanos pequeños.  Igualmente, la vida en las grandes ciudades va asociada a un despilfarro de energía tanto mayor cuanto más populosa es la ciudad.

 Entre éstos podemos citar: la Genética, la Ecología, la Microbiología, la Fisiología animal, vegetal y humana, la Bioquímica, especialmente en lo que respecta al material genético y al intento de sintetizar un ser vivo, la Ingeniería genética, la Biónica, que es el estudio de los mecanismos propios de los seres vivos, como el funcionamiento de los órganos de los sentidos, del cerebro, etcétera, con la finalidad de diseñar máquinas,  sistemas, de autocontrol (feed-back), etc., cuya construcción estudia la Cibernética; la Exobiología, que estudia las posibilidades y circunstancias de la vida fuera de la Tierra, etc.

   A diferencia de la física, la biología no suele describir sistemas biológicos en términos de objetos que obedecen leyes inmutables descritas por la matemática. No obstante, se caracteriza por seguir algunos principios y conceptos de gran importancia, entre los que se incluyen la universalidad, la evolución, la diversidad, la continuidad, la homeóstasis y las interacciones.

Divisiones de la Biología

La Zoología se subdivide en Protozoología, Malacología, Vermilogía, Entomología, Herpetología, Ictiología, Ornitología y Mastozoología. Cada uno de estos campos de estudio es un campo de acción de la Biología. El Zoólogo puede ser Protozoólogo, Malacolólogo, Vermólogo, Entomólogo, Parasitólogo, herpetólogo, Ictiólogo, Ornitólogo o Mastozoólogo, respectivamente. Así, cada rama de cada disciplina de la Biología es un campo de acción para los Biólogos.

LOS SERES VIVOS

Las principales características de los seres vivos son:

   Los seres vivos están compuestos de células que tienen una estructura compleja y organizada.

Un ser vivo es resultado de una organización muy precisa; en su interior se realizan varias actividades al mismo tiempo, estando relacionadas éstas actividades unas con otras, por lo que todos los seres vivos poseen una organización específica y compleja a la vez, las cuales están reflejadas, según la teoría celular, en la cualidad de que todo ser vivo conocido está conformado por células.

   Los seres vivos mantienen activamente su compleja estructura y su ambiente interno.

    La homeostasis es el proceso en la cual un organismo mantiene regulada sus funciones vitales, de tal manera que si llegara a fallar alguna función, el organismo podría enfermar y perder la vida.

   Los seres vivos responden a los estímulos de su ambiente. La reacción a ciertos estímulos (sonidos, olores, etc.) del medio ambiente constituye la función de respuesta a los estímulos. Por lo general los seres vivos no son estáticos, sino que se adaptan, generan respuestas y cambios frente a modificaciones en el medio ambiente, y responden a cambios físicos o químicos, tanto en el medio externo como en el interno.

   Obtienen y usan materiales y energía de su ambiente, y los convierten en diferentes formas.

El fenómeno del metabolismo permite a los seres vivos procesar los nutrientes presentes en el ambiente para obtener energía y mantener sus funciones homeostáticas, utilizando una cantidad de nutrientes y almacenando el resto para situaciones de escasez de los mismos. En el metabolismo se efectúan dos procesos fundamentales:

·         Anabolismo: Es cuando se transforman las sustancias sencillas de los nutrientes en sustancias complejas.

·         Catabolismo: Cuando se desdoblan las sustancias complejas de los nutrientes con ayuda de enzimas en moléculas más sencillas liberando energía.

Durante el metabolismo se realizan reacciones químicas y de producción de energía que hacen posible el crecimiento del ser vivo, su auto-reparación y la liberación de energía necesaria para mantener la vida del organismo. Es imposible que pueda existir, mantenerse o generarse vida sin energía.

Los seres vivos son capaces de multiplicarse (reproducirse). Mediante la reproducción se producen nuevos individuos semejantes a sus progenitores y se perpetúa la especie.

En los seres vivos se observan dos tipos de reproducción:

·         Asexual : En la reproducción asexual un solo organismo es capaz de originar otros individuos nuevos, que son copias exactas del progenitor desde el punto de vista genético. Un claro ejemplo de reproducción asexual es la división de una bacteria en dos bacterias idénticas genéticamente. No hay, por lo tanto, intercambio de material genético (ADN). Los seres vivos nuevos mantienen las características y cualidades de su progenitor.

   La función de relación es una de las características esenciales y diferenciadoras de los seres vivos. Una roca, que no es un ser vivo, no puede relacionarse con el ambiente, y por lo tanto, no se adapta frente a cambios en el ambiente. Un ser vivo percibe los estímulos, tales como cambio de la temperatura, del pH, de la cantidad de agua, luz, sonido, etc., y reacciona en consecuencia para producir las modificaciones en su funcionamiento que son necesarias para garantizar el mantenimiento de su homeostasis y por lo tanto la preservación de su vida.

   Las condiciones ambientales en que viven los organismos vivos cambian, son dinámicas, y los seres vivos deben adaptarse a estos cambios para sobrevivir.

   El proceso por el que una especie se condiciona lenta o rápidamente para lograr sobrevivir ante los cambios ocurridos en su medio, se llama adaptación o evolución biológica. Mediante la evolución todos los seres vivos mejoran sus características de adaptación al medio en el que se encuentran, para aumentar sus probabilidades de supervivencia.

Características de los seres vivos

Para distinguir con mayor facilidad algo vivo de algo que no lo está, resulta útil saber que existen ciertas características que sólo poseen los seres vivos, y son las que se indican a continuación:

Nutrición. Los seres vivos se alimentan de sustancias nutritivas del medio ambiente. En su interior circulan líquidos que transportan los nutrientes y otros elementos indispensables para la vida. También tienen la capacidad de almacenar en algunas partes de sus cuerpos y de desechar lo que no necesitan.

Respiración. Posibilita que los nutrientes que hay en los alimentos se transformen en la energía que permite a los seres realizar todas sus funciones.

Desarrollo. Como consecuencia de la alimentación y de diversas reacciones que se efectúan en el interior de sus organismos, al asimilar los nutrientes, los seres vivos se transforman y se desarrollan durante toda su vida. Algunas de estas reacciones permiten que se conserven sus cuerpos y que se reparen cuando resulta necesario, por ejemplo, el ser humano, para desarrollarse, produce más sangre, más músculos y más piel; sus órganos internos cambian de tamaño y de funciones.

Reproducción. Los seres vivos se multiplican y producen otros seres vivos semejantes a ellos: los huevos de aves generan aves, las semillas de frijol producen plantas de frijol y las personas dan vida a otras personas. Mediante sus descendientes, dan continuidad a su existencia en la Tierra.

Irritabilidad. Los seres vivos reaccionan a estímulos del medio ambiente como el frío, el calor, la humedad, la luz, el sonido, el olor y la presencia de otros seres vivos. Cuando estos factores varían su intensidad, provocan diferentes respuestas en las plantas y animales.

 Adaptación. Los seres vivos enfrentan las condiciones poco favorables que les plantea el ambiente en el que viven. Cuando se producen cambios en su entorno, como un incendio, una helada, una sequía u otro fenómeno que les amenaza, los seres vivos tienden a trasladarse a otros lugares o a adaptarse a la nueva situación.

¿Las cebras no están adaptadas a su ambiente? ¿Sus rayas las delatan?

La adaptación es un proceso de cambios complejos que se producen poco a poco; frecuentemente tardan muchas generaciones, hasta que se perfeccionan. Los organismos que no logran adaptarse, mueren y con ellos se extingue la posibilidad de dejar descendientes.

Movimiento. Los seres vivos se mueven; muchos de ellos son capaces de cambiar de lugar y cambiar la posición de sus cuerpos para buscar alimento, protegerse, defenderse y buscar bienestar.

    Muchos animales se mueven de diferentes manera: caminan, corren, nadan, se arrastran, vuelan, pero hay otros que no se mueven, tal es el caso de algunos organismos marinos como el coral, la anémona, las esponjas, entre otros. Las plantas, aunque no se trasladan a otros lugares, sí tiene cierto movimiento, por ejemplo: algunas giran sus hojas y sus flores hacia la luz o para atrapar insectos con los que se alimentan, sin embargo, este movimiento se debe realmente a una reacción de un estímulo del ambiente, es decir, a la irritabilidad.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE.

Defina los siguientes términos.

Niveles de Organización 

  La biología se ocupa de analizar jerarquías o niveles de organización que van desde la célula a los ecosistemas. Este concepto implica que en el universo existen diversos niveles de complejidad.

Por lo tanto es posible estudiar biología a muchos niveles, desde un conjunto de organismos (comunidades) hasta la manera en que funciona una célula o la función de las moléculas de la misma.

En orden decreciente mencionaremos los principales niveles de organización:

BASES BIOLÓGICAS Y QUÍMICAS

      El agua es el componente más abundante en los medios orgánicos, los seres vivos contienen por término medio un 70% de agua. No todos tienen la misma cantidad, los vegetales tienen más agua que los animales y ciertos tejidos (por ejemplo: el tejido graso) contienen menos agua -tiene entre un 10% a un 20% de agua- que otros como, por ejemplo: el nervioso, con un 90% de agua. También varía con la edad, así, los individuos jóvenes tienen más agua que los adultos.

El agua en los seres vivos se encuentra tanto intra como extracelularmente. El agua intracelular, la que está en el interior de las células, representa 2/3, aproximadamente, del agua que contiene un ser vivo y el agua extracelular representa el tercio restante. Esta última se encuentra bañando las células o circulando en forma de sangre, linfa, savia, etc.

FUNCIONES BIOLÓGICAS

Debido a su polaridad el agua es buen disolvente de los compuestos iónicos y polares

- El agua no sólo es el medio en el que transcurren las reacciones del metabolismo sino que interviene en muchas de ellas como en la fotosíntesis, en las hidrólisis y en las condensaciones.

 ELEMENTOS BIOGENÉSICOS. Se  denominan elementos biogenésicos o bioelementos aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos.

Bioelementos primarios: C, H, O, N, P y S. Representan en su conjunto el 96,2% del total.

Bioelementos secundarios: Na+, K+ , Ca₂+ , Mg₂+ , Cl-. Aunque se encuentran en menor proporción que los primarios, son también imprescindibles para los seres vivos. En medio acuoso se encuentran siempre ionizados.

Oligoelementos o elementos vestigiales: Son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%.

FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS BIOELEMENTOS.

a) Carbono, hidrógeno y oxígeno. Son los elementos constituyentes de las moléculas orgánicas. El carbono forma el esqueleto básico y el hidrógeno y el oxígeno forman grupos funcionales de gran reactividad e importancia como hidrocarburos (-H), hidroxilo (-OH), carbonilo (=O) y carboxilo (-OOH). Además, el hidrógeno y el oxígeno forman una molécula de gran importancia para la vida, el agua.

b) Nitrógeno. Forma compuestos orgánicos muy variados y de gran importancia biológica. Así, forma parte de los aminoácidos, que son los monómeros estructurales de las proteínas, y de las bases nitrogenadas que forman los nucleótidos, que son los monómeros estructurales de como tales siendo coenzimas en una gran variedad de reacciones metabólicas.

OLIGOELEMENTOS

(Fe, Mn, I, F, Co, Si, Cr, Zn, Li, Mo)

Los Oligoelementos o elementos vestigiales son aquellos bioelementos que se encuentran en los seres vivos en un porcentaje menor del 0.1%. Presentes en porcentajes inferiores al 0,1%, no son los mismos en todos los seres vivos. Son indispensables para el desarrollo armónico del organismo.

          Principales Moléculas Biológicas

      LOS AMINOÁCIDOS

          ÁCIDOS NUCLEICOS

Los Ácidos Nucleicos son las biomoléculas portadoras de la información genética. Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos.

De acuerdo a la composición química, los ácidos nucleicos se clasifican en Ácidos Desoxirribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos, y en Ácidos Ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma.

Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (una pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y un grupo fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.

La unidad formada por el enlace de la pentosa y de la base nitrogenada se denomina nucleósido. El conjunto formado por un nucleósido y uno o varios grupos fosfato unidos al carbono 5' de la pentosa recibe el nombre de nucleótido. Se denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.

LISTADO DE LAS BASES NITROGENADAS

Las bases nitrogenadas conocidas son:

Adenina, presente en ADN y ARN

Guanina, presente en ADN y ARN

Citosina, presente en ADN y ARN

Timina, presente exclusivamente en el ADN

Uracilo, presente exclusivamente en el ARN

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 2

Desarrolle las siguientes preguntas.

1. Por qué el carbono es tan importante  en las moléculas biológicas?

2. Qué son los carbohidratos?

3. Qué son los lípidos?

4. Qué son proteínas?

5. Qué son los ácidos nucleicos?

6. Qué elementos son componentes comunes de las moléculas biológicas?

7. Explica la diferencia entre monosacárido, disacárido y polisacárido. Menciona dos ejemplos de

    cada uno y señala sus funciones.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 3

Defina los siguientes términos.

LA Célula

   La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.

Teoría celular

- Todos los organismos están formados por una o más células.

- Las reacciones químicas, tanto las que liberan energía  como las de biosíntesis que realizan los seres vivos, se    desarrollan dentro de las células.

- Las células se originan de otras células

- Las células contienen información hereditaria, que pasa de una generación a otra.

Según la teoría celular, la célula es la unidad estructural, funcional y de origen de la vida.

Características generales de las células

   Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.

   Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia.

Composición química

  La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.

Células procarióticas y eucarióticas

   Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.

Partes de la célula

El núcleo

  El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado.  

  El nucléolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.

   El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares.

Citoplasma y citosol

   El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.

   La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.

Citoesqueleto

   El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares.

Mitocondrias y cloroplastos

   Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.

   Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.

   Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Membranas internas

   Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula.

El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.

   Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables.

Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos.

División celular

Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.

Diferencias entre la célula animal y la célula vegetal

   Ciertas estructuras son compartidas por las células animales y vegetales; por ejemplo, ribosomas, aparato de Golgi, retículo endoplásmatico, mitocondrias, núcleo, nucleólogo, citoesqueleto. Sin embargo, existen características que distinguen a las células animales de las vegetales:

Pared celular (vegetales), vacuolas (animal), plastidios (plantas), cloroplastos (plantas), leucoplastos (plantas), cromoplastos (plantas), lisosomas (animales).

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 4

Responda las siguientes preguntas.

1. Qué es la teoría celular?

2. Cuáles son las características básicas de las células?

3. Cuáles son las diferencias entre las células vegetales y las células animales?

4. En qué son diferentes las células procarióticas de las  células eucarióticas?

5. Menciona las partes de la célula y explica brevemente sus funciones.

6. Dibuja en el cuaderno una célula vegetal y una animal y señala sus partes.

7. Qué relación hay entre  la estructura de una membrana celular y su función?

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 5

Define los siguientes términos: