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Biología I Guía Didáctica Ilustrada OFELIA GONZALEZ RAMOS EN BASE AL PROGRAMA DEL SISTEMA TECNOLOGICO NACIONAL Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 1 Biología I Guía Didáctica Ilustrada...

Biología I Guía Didáctica Ilustrada OFELIA GONZALEZ RAMOS EN BASE AL PROGRAMA DEL SISTEMA TECNOLOGICO NACIONAL Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 1 Biología I Guía Didáctica Ilustrada UNIDAD 5 FISIOLOGÍA Y METABOLISMOCELULAR 5.1 Leyes de la Termodinámica 5.2 Concepto de metabolismo: anabolismo y catabolismo 5.3 Respiración celular 5.3.1 Glucólisis: síntesis de ATP 5.3.2 Fermentación: síntesis anaeróbica de ATP. 5.3.3 Ciclo de Krebs. 5.3.4 Transporte de electrones 5.4 Fotosíntesis. 5.4.1 Pigmentos fotosintéticos: características e importancia 5.4.2 Etapa Lumínica 5.4.3 Etapa Oscura Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 89 Biología I Guía Didáctica Ilustrada FISIOLOGÍA Y METABOLISMO CELULAR Objetivo Conocerá y explicará la Glucólisis y la síntesis anaeróbica de ATP. Conocerá y explicará el Transporte de electrones. Comprenderá las etapas de la fo- tosíntesis 5.1 LEYES DE LA TERMODINÁMICA La termodinámica se aplica a todos los sistemas de trabajo y energía, incluyendo los siste- mas de temperatura-volumen-presión clásicos, los sistemas cinéticos químicos y los sistemas electromagnéticos y cuánticos y los sistemas biológicos. El Principio de Margalef -Uno de los conceptos primarios que permite comprender la termo- dinámica de los seres vivos, es el llamado principio de Margalef: Los seres vivos son siste- mas físicos (equivalencia) complejos, integrados por un sistema disipativo y uno auto organiza- tivo acoplados entre sí (condición). Además el principio de Margalef apunta también que se trata de sistemas físicos complejos, sistemas integrados a su vez por sistemas menores, una suerte de "sistemas subsumidos en sistemas". Se considera a los seres vivos como sistemas físicos (principio de equivalencia), por lo que cumplan con las mismas leyes que operan para todos los sistemas físicos conocidos. Los seres vivos se ajustan a las mismas leyes de la física, que rigen la mecánica de todos los sistemas físicos. La termodinámica aborda el comportamiento de los sistemas en tres situaciones distintas: (1) equilibrio (termodinámica clásica) (2) sistemas que están a cierta distancia del equilibrio y tienden a volver a él, (3) sistemas que se mantienen a cierta distancia del equilibrio por causa de algún gradiente, El concepto de energía es capital: del orden a partir del desorden. La calidad de la energía, o su capacidad para producir trabajo útil, varía. La energía es una me- dida de la capacidad máxima de un sistema energético para producir trabajo útil a medida que procede a equilibrarse con su entorno. La primera ley de la termodinámica surgió de los esfuerzos para comprender la relación entre calor y trabajo. La primera ley de la termodinámica-dice que la energía no se crea ni se destruye, y que la energía total dentro de un sistema aislado permanece invariable. Sin embargo, la calidad de la energía (es decir, el contenido de energía) puede variar. La segunda ley de la termodinámica establece que, si en el sistema tiene lugar cualquier tipo de proceso, la calidad de la energía (la energía) dentro del sistema tiene que degra- darse. La segunda ley puede formularse también en términos de entropía, la medida cuantita- tiva de la irreversibilidad, cuyo incremento es siempre mayor que cero en cualquier proceso real. Cualquier proceso real sólo puede proceder en una dirección que conduce a un incremento de entropía. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 90 Biología I Guía Didáctica Ilustrada La vida puede contemplarse como una estructura disipativa lejos del equilibrio que mantie- ne su nivel de organización local a expensas de producir entropía en el entorno. La Tierra como un sistema termodinámico. Si contemplamos la Tierra como un sistema termodinámico abierto con un intenso gradiente impuesto por el Sol, la segunda ley reformula- da sugiere que el sistema reducirá este gradiente echando mano de todos los procesos físicos y químicos a su alcance. La vida en la Tierra es una forma más de disipar el gradiente solar inducido y, como tal, una manifestación de la segunda ley reformulada. Los sistemas vivos son sistemas disipativos lejos del equilibrio con un gran potencial para reducir gradientes de radiación planetarios.La vida es una respuesta al imperativo termodinámico de la disipación de gradientes (Kay, 1984; Schneider, 1988). El origen de la vida es el desarrollo de otra ruta para la disipación de gradientes de energía inducidos. La vida asegura la continuación de estas vías disipativas, y ha desarrollado estrate- gias para mantenerlas frente a un entorno físico fluctuante. Los sistemas vivos son sistemas dinámicos disipativos con memorias codificadas -los genes- que permiten la continuación de los procesos disipativos. El crecimiento y desarrollo biológico se da cuando el sistema adiciona vías disipativas de tipos ya existentes. El desarrollo biológico, en cambio, se da cuando en el sistema surgen vías disipativas nuevas. Este principio proporciona un criterio para evaluar el crecimiento y desarrollo de los sistemas vivos. El crecimiento vegetal es un intento de captar energía solar y disipar gradientes aprovecha- bles. Las plantas de muchas especies se disponen en conjuntos que incrementan la superficie foliar para optimizar la captura y degradación de energía. Los balances energéticos de las plan- tas terrestres muestran que la inmensa mayoría de su energía se destina a la evapotranspira- ción, con 200-500 gramos de agua transpirada por gramo de material fotosintético fijado. Este mecanismo es un proceso de degradación de energía muy efectivo, con un gasto de 2500 joules por gramo de agua transpirado (Gates, 1962). La evapotranspiración es la princi- pal vía disipativa en los ecosistemas terrestres. La distribución geográfica de la riqueza de especies está fuertemente correlacionada con la evapotranspiración anual potencial (Currie, 1991). Esta estrecha relación entre riqueza de es- pecies y energía disponible sugiere un vínculo causal entre biodiversidad y procesos disipati- vos. Cuanta más energía hay disponible para repartir entre las especies, más vías disponibles hay para la degradación de energía. Los niveles tróficos y cadenas alimentarias se basan en el material fotosintético fijado y la disipación ulterior de esos gradientes a través de la creación de más estructuras altamente ordenadas. Así, podemos esperar una mayor diversidad de espe- cies allí donde haya más energía disponible. La diversidad de especies y el número de niveles tróficos son mucho mayores en el ecuador, donde inciden 5/6 de la radiación solar que llega a la Tierra y hay más de un gradiente que reducir. Los ecosistemas Los ecosistemas son los componentes biótico, físico y químico de la naturaleza actuando juntos como procesos disipativos fuera del equilibrio. De acuerdo con la segunda ley, el desarrollo de ecosistemas debería incrementar la degradación de energía total del ecosistema. Una descripción mejor de estas «leyes potenciales» puede ser que los sistemas biológicos se desarrollan de manera que incrementan su tasa de degradación de energía, y que el crecimiento Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 91 Biología I Guía Didáctica Ilustrada biológico, el desarrollo ecosistémico y la evolución representan el desarrollo de nuevas vías disipativas. En otras palabras, los ecosistemas se desarrollan de manera que se incrementa la cantidad de energía captada y utilizada. En consecuencia, a medida que los ecosistemas se desarrollan la energía de la energía saliente decrece. Es en este sentido en el que se puede decir que los ecosistemas desarrollan la máxima potencia, esto es, hacen un uso óptimo de la energía contenida en la energía de entrada a la vez que incrementan la cantidad de energía que captan. Se han construido modelos analíticos que permiten el análisis de los flujos de materia y energía a través de los ecosistemas (Kay, Graham y Ulanowicz, 1989). Dado que los sistemas vivos describen un ciclo constante de nacimiento-desarrollo- regeneración-muerte, preservar información sobre lo que funciona y lo que no es crucial para la continuación de la vida (Kay, 1984). Este es el papel del gen y, a mayor escala, de la biodiversi- dad: constituir bases de datos sobre estrategias autoorganizativas que funcionan. Esta es la conexión entre los temas del orden a partir del orden y del orden a partir del desorden de Schrödinger. La vida surge porque la termodinámica dicta la generación de orden a partir del desorden allí donde haya gradientes termodinámicos suficientes y se den las condiciones adecuadas. Pero para que la vida continúe, las mismas leyes requieren que sea capaz de regenerarse, esto es, de crear orden a partir del orden. La vida no puede existir sin ambos procesos, el orden a partir del desorden para generar vida y el orden a partir del orden para asegurar la persistencia de la vida. 5.2 CONCEPTO DE METABOLISMO: ANABOLISMO Y CATABO- LISMO El metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructu- ras, responder a estímulos, etc. Los compuestos químicos que llegan a las células son utilizados para: Obtener la energía química necesaria para realizar las funciones celulares. Construir los materiales propios de las células. Todos estos procesos incluyen numerosas reacciones químicas encadenadas, cuya suma total constituye el metabolismo. Las reacciones químicas del metabolismo presentan las siguientes características: Todas están catalizadas por enzimas. Las reacciones están encadenadas en rutas metabólicas. Las rutas metabólicas son seme- jantes en todos los seres vivos. La oxidación y la reducción son cambios químicos en los que una molécula gana electrones (se reduce) o los pierde (se oxida). Oxidación. Se oxida cuando: gana oxígeno, pierde hidrógeno, pierde electrones. Reducción. Se reduce cuando: Pierde oxígeno, Gana hidrógeno, Gana elec- trones. La oxidación lleva siempre acoplada una reducción y en general la oxidación de la mate- ria orgánica desprende energía. El metabolismo se divide en dos procesos: catabolismo y anabolismo. Fig. 92 Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 92 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Catabolismo: A través de moléculas plejas se producen por degradación culas más sencillas con desprendimiento de energía en forma de ATP. Ejemplo: respi- ración celular. Anabolismo: A partir de moléculas sencillas se obtienen moléculas complejas con apor- te de energía. Ejemplo: fotosíntesis. Fig. 92 Procesos metabólicos Las reacciones catabólicas liberan energía; un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. ATP (adenosin-trifosfato), un nucleótido compuesto por la base adenina, el monosacárido ribo- sa y tres unidades de ácido fosfórico. El ATP es un intermediario transportador de energía de la célula. La ruptura de ATP y produce ADP+ ácido fosfórico. Para que a partir del ADP y el ácido fosfórico. Para que a partir del ADP y el ácido fosfórico se produzca de nuevo ATP es necesario el aporte de energía. Las reacciones anabólicas, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. La obtención de energía por consumo de materia orgánica. Las células obtienen la energía que necesitan de reacciones de oxidación-reducción: en ellas, los electrones son transferidos desde una molécula hasta un aceptor de electrones. Según la naturaleza de dicho aceptor las células pueden ser: Aerobias: El aceptor es el oxige- no. Anaerobias: Utilizan otra molécula como aceptor. Las anaerobias que no pueden utilizar el oxígeno, ya que este representa un veneno para ellas son anaerobias. Las anaerobias estrictas no utilizan oxígeno y las facultativas utilizan oxígeno. La molécula más utilizada para la obtención de energía es la glucosa. 5.3 Respiración celular Es la oxidación completa de las moléculas orgánicas: glucosa. Los productos resultantes son CO2 Y H2O, pero el sentido biológico de la respiración está en la obtención de energía. La respiración en las células eucarióticas, se realiza en las mitocondrias, excepto en la fase glucolítica, que tiene lugar en el citoplasma. 38 ADP C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + E 38 ATP Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 93 Biología I Guía Didáctica Ilustrada 5.3.1 Glucólisis: síntesis de ATP La glucolisis tiene lugar en el citoplasma celular. Consiste en una serie de diez reacciones, cada una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico. Fig. En la primera parte se necesita energía, que es suministrada por dos moléculas de ATP, que servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa. Al final de esta fase se obtienen, en la práctica dos moléculas de PGAL, ya que la molécula de DHAP (dihidroxiacetona-fosfato), se transforma en PGAL. En la segunda fase, que afecta a las dos moléculas de PGAL, se forman cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH. Se produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP. Fig.93 Al final del proceso la molécula de glucosa queda transfor- mada en dos moléculas de ácido pirúvico, es en estas molé- culas donde se encuentra en estos momentos la mayor parte de la energía contenida en la glucosa. La glucólisis se produce en la mayoría de las células vivas, tanto en procariotas como en las eucariotas. Fig. 93 Glucólisis http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html 5.3.2 Fermentación: síntesis anaeróbica de ATP. LA FERMENTACIONES. Son procesos anaeróbicos de obtención de energía a partir de moléculas orgánicas. Son carac- terísticas de las células anaerobias. Cumplen las siguientes características: La oxidación de la glucosa es parcial. Proporciona menos energía que la respiración. Cada molécula de glucosa rinde dos de ATP. No se emplean aceptores de electrones externos. Existen distintos tipos de fermentaciones: Fermentación láctica. Tiene lugar en ciertas bacterias y en el músculo. De la glucosa se obtienen dos moléculas de ácido láctico y dos de ATP. La acumulación de cristales de ácido láctico produce agujetas. Fermentación alcohólica. La llevan a cabo ciertas levaduras. Se oxida una molécula de glu- cosa y se obtienen dos de dióxido de carbono, dos de etanol y dos de ATP. Ambas tienen aplicaciones industriales. 5.3.3 Ciclo de Krebs. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 94 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Ciclo de Krebs conjunto de reacciones que constituyen el punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia. El ácido pirúvico formado durante la glucólisis se convierte en acetil CoA, el cual a través del ciclo de Krebs se transforma en anhídrido carbónico. El paso de ácido pirúvico a acetil CoA tiene lugar en la matriz mitocondrial y es catalizado por la piruvato deshidrogenasa. El acetil CoA ahora entra en el ciclo de Krebs uniéndose al ácido oxalacético para formar el ácido cítri- co, por medio de una isomerasa se transforma en isocítrico, el cual por medio de una descar- boxilasa da lugar al alfa-cetoglutárico, este paso supone la liberación de anhídrido carbónico y NADH. Continuando el ciclo tal como indica la figura. El producto más importante de la degradación de los carburantes metabólicos es el acetil- CoA, (ácido acético activado con el coenzima A, que continúa su proceso de oxidación hasta convertirse en CO2 y H2O. Fig. 94 Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria Figs. 94 Ciclo de Krebs En este ciclo se consigue la oxidación total de los dos átomos de carbono del resto acetilo, que se eliminan en forma de CO2; los electrones de alta energía obtenidos en las sucesivas oxida- ciones se utilizan para formar NADH Y FADH2, que luego entrarán en la cadena respiratoria. 5.3.4 Transporte de electrones Es la etapa final del proceso de la respira- ción, los electrones "arrancados" a las moléculas que se respiran y que se "almace- nan" en el NADH Y FADH2, irán pasando por una serie de transportadores, situados en las crestas mitocondriales formando tres grandes complejos enzimáti- cos. Fig. 95 Fig. 95 Proceso óxido- reducción Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 95 Biología I Guía Didáctica Ilustrada La disposición de los transportadores permite que los electrones "salten" de unos a otros, li- berándose una cierta cantidad de energía (son reacciones redox) que sirve para formar un enlace de alta energía entre el ADP y el P, que da lugar a una molécula de ATP. Fig. 96 El último aceptor de electrones es el oxígeno molecular y otra consecuencia será la formación de agua. Fig. 96 Cadena transportadora de electrones en Mitocondria 5.4 Fotosíntesis La fotosíntesis es uno de los procesos metabólicos de los que se valen las células para obtener energía. Consiste en la obtención de materia orgánica o partir de compuestos inorgánicos, gra- cias a la energía de la luz. Fig. 97 Los seres vivos capaces de convertir la energía de la luz en la energía química necesaria para la síntesis orgánica son los organismos fotosintéticos. La fo- tosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos. Fig. 97 Esquema del proceso de fotosíntesis 5.4.1 Pigmentos fotosintéticos: En este proceso intervienen pigmentos capaces de capturar la energía luminosa del sol como la que presentan la mayoría de las plantas que es la clorofila y otros pigmentos Es un proceso complejo, mediante el cual los seres vivos poseedores de clorofila y otros pig- mentos, captan energía luminosa procedente del sol y la transforman en energía química (ATP) y en compuestos reductores (NADPH), y con ellos transforman el agua y el CO 2 en com- puestos orgánicos reducidos (glucosa y otros), liberando oxígeno: La ecuación química general es: 6CO2 + 6H2O+ LUZ GLUCOSA + 6O2 La energía captada en la fotosíntesis y el poder reductor adquirido en el proceso, hacen posi- ble la reducción y la asimilación de los bioelementos necesarios, como nitrógeno y azufre, además de carbono, para formar materia viva. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 96 Biología I Guía Didáctica Ilustrada La radiación luminosa llega a la tierra en forma de” pequeños paquetes", conocidos como cuantos o fotones. Los seres fotosintéticos captan la luz me- diante diversos pigmentos fotosensibles, entre los que destacan por su abundancia las clorofilas y carotenos presentes en los cloroplastos. Fig. 98 Fig. 98 Diagrama de la estructura de un Cloroplasto http://www.puc.cl/sw_educ/biologia/bio100/html/portadaMIval2.1.html Al absorber los pigmentos la luz, electrones de sus moléculas adquieren niveles energéticos superiores, cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energía que sirve para activar una reac- ción química: una molécula de pigmento se oxida al perder un electrón que es recogido por otra sustancia, que se reduce. Así la clorofila puede transformar la energía luminosa en energía química. En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones: 1. Fase luminosa: en tilacoide en ella se producen transferencias de electrones. 2. Fase oscura: en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono 5.4.2 Fase luminosa La fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en: Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser: Acíclica o abierta Cíclica o cerrada Síntesis de poder reductor NADPH Fotolisis del agua Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas (conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía. Fig. 99 Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 97 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Fig. 99 Esquema fotosíntesis: fase luminosa http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html Existen dos tipos de fotosistemas; El fotosistema I (FSI), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm)y se conoce como P700. El fotosistema II (FSII), está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. por eso se denomina P680. La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida al liberar un electrón que as- ciende a un nivel superior de energía; ese electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce,la Plastoquinona (PQ) y desde ésta va pasando a lo largo de una cade- na transportadora de electrones, entre los que están varios citocromos (cyt b/f) y así llega hasta la plastocianina (PC) que se los cederá a moléculas de clorofila del FSI. En el descenso por esta cadena, con oxidación y reducción en cada paso, el electrón va liberan- do la energía que tenía en exceso; energía que se utiliza para bombear protones de hidrógeno desde el estroma hasta el interior de los tilacoides, generando un gradiente electroquímico de protones. Estos protones vuelven al estroma a través de la ATP-asa y se originan moléculas de ATP. El fotosistema II se reduce al recibir electrones procedentes de una molécula de H2O, que también por acción de la luz, se descompone en hidrógeno y oxígeno, en el proceso llamado fotólisis del H2O. De este modo se puede mantener un flujo continuo de electrones desde el agua hacia el fotosistema II y de éste al fotosistema I. En el fotosistema I la luz produce el mismo efecto sobre la clorofila P700, de modo que algún electrón adquiere un nivel energético superior y abandona la molécula, es recogido por otro aceptor de electrones, la ferredoxina y pasa por una nueva cadena de transporte hasta llegar a una molécula de NADP+ que es reducida a NADPH, al recibir dos electrones y un protón H+ que también procede de la descomposición del H2O. Los dos fotosistemas pueden actuar conjuntamente - proceso conocido como esquema en Z, para producir la fotofosforilación (obtención de ATP) o hacerlo solamente el fotosistema I; se diferencia entonces entre fosforilación no cíclica o acíclica cuando actúan los dos, y fotofos- forilación cíclica, cuando actúa el fotosistema I únicamente. En la fotofosforilación acíclica se obtiene ATP y se reduce el NADP+ a NADPH, mientras que en la fotofosforilación cíclica únicamente se obtiene ATP y no se libera oxígeno. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 98 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Mientras la luz llega a los fotosistemas, se mantiene un flujo de electrones desde el agua al fotosistema II, de éste al fotosistema I, hasta llegar el NADP+ que los recoge; ésta pequeña corriente eléctrica es la que mantiene el ciclo de la vida. 5.4.3 Fase oscura En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias. Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reduc- ción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin. Fig. 100 Ciclo de Calvin http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html La fijación del CO2 se produce en tres fases: 1. Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico cono- cido también con las siglas de PGA 2. Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conoci- do como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH. 3. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diver- sas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de Calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, aminoácidos... etc.; y en general todas las moléculas que necesita la célula. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 99 Biología I Guía Didáctica Ilustrada En el ciclo para fijar el CO2, intervienen una serie de enzimas, y la más conocida es la enzi- ma Rubisco (ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa/oxidasa), que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2. Fig. 101 Fig. 101 Fijación de CO2 http://www.arrakis.es/~lluengo/biologia.html Si la concentración de CO2 es baja, funciona como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de Calvin, se produce la oxidación de glúcidos hasta CO2 y H2O, y al proceso se le conoce como fotorrespiración. La fotorrespiración no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y como se ve en el esquema se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque sólo se produce una molé- cula de PGA que pasará al ciclo de Calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se ob- tienen dos moléculas de PGA. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 100 Biología I Guía Didáctica Ilustrada UNIDAD 6 DIVERSIDAD BIOLÓGICA 6.1 Origen y causas de la biodiversidad. 6.2 Sistemática y Taxonomía.. 6.3 Reglas de nomenclatura 6.4 Clasificación de los seres vivos: Linneo, Wittaker y Margulis. 6.5 Los dominios naturales: Bacterias, Arquea y Eucarya 6.6 Reinos Naturales: 6.6.1 Monera 6.6.2 Protista 6.6.3 Mycota 6.6.4 Metaphyta 6.6.5 Metazoa 6.7 Los Virus: características diferenciales y su importancia Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 101 Biología I Guía Didáctica Ilustrada DIVERSIDAD BIOLÓGICA Objetivos Conocerá las causas de la biodiversidad. Distinguirá la Taxonomía de la Clasi- ficación y términos asociados. Conocerá y comprenderá la forma de clasifi- car los organismos: con base en los criterios de Linneo, Wittaker y Margulis. Conocerá y diferenciará las características de los diferentes Reinos 6.1 Origen y causas de la biodiversidad La diversidad biológica es la variedad de formas de vida y de adaptaciones de los organismos al ambiente que encontramos en la biosfera. Se suele llamar también biodiversidad y constituye la gran riqueza de la vida del planeta. La biodiversidad es el resultado del proceso evolutivo de los organismos a través de millones de años., esto ha permitido a los mismos adaptarse al medio ambiente que les rodea. Desde un punto de vista amplio, se entiende por biodiversidad a la totalidad de especies y ecosistemas de una región, incluyendo la totalidad de genes. La diversidad de características presente en los seres vivos, las semejanzas y diferencias, son el resultado de la evolución, y producto de dos clases de causas: 1. Las relacionadas con la genealogía, con la herencia. Por ejemplo, todas las modifica- ciones, por muy drásticas que sean, de las extremidades de los vertebrados, como el ala de los murciélagos o la aleta del delfín, parten de una misma estructura esquelética, 2. Las relacionadas con la adaptación. La evolución conduce a los caracteres hacia gra- dos mayores de adecuación para la función que los explica. Es la existencia de la adap- tación, uno de los efectos de la selección natural, la que obliga a la biología a recurrir a fórmulas teleológicas en sus explicaciones. La biodiversidad muestra que las variaciones han permitido la adaptación de los seres vivos como resultado de la selección natural. Así, por ejemplo, existen plantas y animales cuyas ca- racterísticas morfológicas y fisiológicas están adaptadas para vivir en un ambiente específico. Tipos de adaptaciones que favorecen la biodiversidad Las adaptaciones pueden ser morfológicas, fisiológicas y de comportamiento. Las adaptaciones de las poblaciones pueden ser: Morfológicas: son estructuras anatómicas que garantizan al individuo una relación más armo- niosa con su ambiente. Dos ejemplos de este tipo de adaptaciones son los siguientes: Algunas plantas que habitan en ambientes áridos, como los cardones y los cactus, tienen espinas que les permiten evitar la pérdida de agua y a la vez defenderse de los animales herbívoros. Los animales nocturnos, como la lechuza, poseen ojos grandes que les permiten mayor visi- bilidad en la noche para buscar su alimento y sobrevivir ante algún peligro. Fisiológicas: son modificaciones en funciones orgánicas del individuo, que les permiten ajustar- se mejor al ambiente. Dos ejemplos de este tipo de adaptación son: Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 102 Biología I Guía Didáctica Ilustrada La temperatura corporal de los animales homeotermos se mantiene constante frente a los cambios de temperatura ambiental. En los animales con glándulas sudoríparas, el cuerpo su- da si el ambiente está caliente y tiembla si está frío; estas reacciones les permiten estabi- lizar su temperatura corporal. La maduración de los frutos de una planta ocurre por la liberación de una hormona vege- tal: el etileno. De comportamiento: son respuestas de los animales ante las condiciones del ambiente. Dos ejemplos de esta adaptación son: Algunos insectos, como las hormigas y las abejas, están adaptados a vivir en colonias. En esta organización se distinguen jerarquías y grupos especializados que cumplen determina- das tareas. Esto se conoce como vida social. Algunas aves procedentes del Norte pasan el invierno en América Central y del Sur; luego, durante el verano, vuelven al Norte para reproducirse. Este comportamiento en animales se conoce como migración. Situación actual de la biodiversidad en la Tierra Los científicos han logrado estudiar y clasificar cerca de 1 750 000 especies de los distintos seres vivos que se encuentran en nuestro planeta: desde las bacterias antiguas hasta los seres humanos. Como cada día se descubren nuevas especies, está claro que el número total de espe- cies es muy superior al que se conoce actualmente. En la tabla 5 se presenta un resumen del número de especies que se han encontrado para cada uno de los grupos de los organismos de los reinos vegetal y animal: TABLA 5 NUMERO DE ESPECIES EN EL MUNDO Nº especies identi- Nº especies ficadas estimadas Plantas no vascu- 150,000 200,000 lares Plantas vascula- 250,000 280,000 res Invertebrados 1,300,000 4,400,000 Peces 21,000 23,000 Anfibios 3,125 3,500 Reptiles 5,115 6,000 Aves 8,715 9,000 Mamíferos 4,170 4,300 TOTAL 1,742,000 4,926,000 La zona del mundo en la que viven la mayor parte de las especies conocidas es la templada, la que corresponde a gran parte de Europa y América del Norte. Pero no es porque en estos luga- res haya verdaderamente más diversidad de seres vivos, sino porque al ser los sitios en los que Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 103 Biología I Guía Didáctica Ilustrada se vienen estudiando desde hace más tiempo, prácticamente todos los que ahí viven son bien conocidos. En las zonas tropicales, especialmente en la selva, es donde la biodiversidad es mayor aunque en la actualidad no se conozca más que una parte de las especies que viven ahí. De hecho, los estudios biológicos en zonas tropicales encuentran con mucha facilidad especies nuevas. La mayor parte de las especies conocidas son animales invertebrados, sobre todo insectos. Dentro de los insectos el grupo de los coleópteros es el más numeroso. Diversidad de especies, genes y ecosistemas La diversidad no es sólo de tipos de organismos además se tiene: a) Diversidad específica.- La biodiversidad más aparente y que primero captamos es la de especies.. b) Diversidad genética.- Aunque los individuos de una especie tienen semejanzas esenciales entre sí, no son todos iguales. Genéticamente son diferentes y además existen variedades y razas distintas dentro de la especie. Esta diversidad es una gran riqueza de la especie que facilita su adaptación a medios cambiantes y su evolución. c) Diversidad de ecosistemas. La vida se ha diversificado porque ha ido adaptando ha distintos hábitats, siempre formando parte de un sistema complejo de interrelaciones con otros seres vivos y no vivos, en lo que llamamos ecosistemas. Por tanto la diversidad de especies es un re- flejo en realidad de la diversidad de ecosistemas y no se puede pensar en las especies como algo aislado del ecosistema. Los organismos que han habitado la Tierra desde la aparición de la vida hasta la actualidad han sido muy variados. Los seres vivos han ido evolucionando continuamente, formándose nuevas especies a la vez que otras iban extinguiéndose. De hecho la destrucción de ecosistemas es la principal responsable de la acelerada extinción de los últimos siglos, no se puede mantener la diversidad de especies si no se mantiene la de ecosistemas Los distintos tipos de seres vivos que pueblan nuestro planeta en la actualidad son resultado de este proceso de evolución y diversificación unido a la extinción de millones de especies. Se calcula que sólo sobreviven en la actualidad alrededor del 1% de las especies que alguna vez han habitado la Tierra. El proceso de extinción es, por tanto, algo natural, pero los cambios que los humanos estamos provocando en el ambiente en los últimos siglos están acelerando muy peli- grosamente el ritmo de extinción de especies. Se está disminuyendo alarmantemente la biodi- versidad. La biodiversidad en México En 1992 se celebró en Río de Janeiro, Brasil, la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Me- dio Ambiente y Desarrollo, también conocida como la "Cumbre de la Tierra". En esta reunión se firmó el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB), primer acuerdo mundial enfocado a la conservación y el uso sostenible de la biodiversidad, más de 150 gobiernos firmaron el docu- mento en el marco de la Cumbre en Río de Janeiro. Actualmente 189 países lo han ratificado. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 104 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Para el CDB la diversidad biológica es: “la variabilidad de organismos vivos de cualquier fuente, incluidos, entre otras cosas, los ecosistemas terrestres y marinos y otros ecosistemas acuáti- cos y los complejos ecológicos de los que forman parte; comprende la diversidad dentro de cada especie, entre las especies y de los ecosistemas. El CDB es que aborda a la diversidad biológica desde un enfoque integral, al definirla en sus tres dimensiones: genes, ecosistemas y especies. México es uno de los cinco países que poseen la mayor diversidad biológica (Megadiversos), significa que nuestro te- rritorio es privilegiado en cuanto a los tipos de ecosistemas, el número y la varia- ción genética de las especies. La Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (CONABIO), creada ofi- cialmente en marzo de 1992. Fig. 102 Fig. 102 Países con Megadiversidad Asimismo, la CONABIO en el documento: Primer Estudio de País, describe entre otros, la situación de la diversidad biológica de México, publicado en 1998 y punto de refe- rencia para la elaboración de la Estrategia Nacional de Biodiversidad. Actualmente se ac- tualiza esta información. http://www.conabio.gob.mx/conocimiento/estrategia-nacional/doctos/estudiode pais.html En base al documento anterior se presentan los siguientes cuadros Invertebrados Existen entre 4 100 y 5 000 especies de moluscos marinos como caracoles, babosas, pulpos y calamares, alrededor de 1 300 especies descritas de poliquetos; 152 especies de corales de las cuales 13 corresponden a los llamados hidrozoarios coloniales (con esqueleto de carbonato de calcio) y 139 a antozoarios (corales pétreos); 503 especies de equinodermos comúnmente cono- cidos como pepinos y estrellas de mar (cuadro 3.13). Artrópodos para 22 órdenes analizados se conocen alrededor de 23 mil especies, aunque el número estimado varía entre 300 mil y 700 mil especies (Llorente et al., 1996b). Destacan los registros de los aráneidos (ej. arañas y tarántulas) y a los solífugos (ej. arañas de sol) dentro de los arácnidos; dentro de los crustá- ceos, destacan especies marinas como los decápodos (ej. camarones, cangrejos y langostas y los ostrácodos); para el caso de los insectos, destacan los coleópteros (ej. escarabajos rodado- res y gorgojos), himenópteros (ej. abejas, avispas y hormigas), lepidópteros (mariposas) y homópteros (ej. cigarras, pulgones y piojos de las plantas) Fig.103 Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 105 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Vertebrados número de vertebrados registrados dentro de la fauna mexicana reconocida como una de las más ricas del mundo con más de 4 mil especies de vertebrados Fig. 103 Número de especies registradas en México Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 106 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 107 Biología I Guía Didáctica Ilustrada 6.2 Sistemática y Taxonomía. Taxonomía se deriva del griego, taxis: significa orden y nomos: ley u norma. Es la ciencia que se ocupa de la ordenación, clasificación, de las bases, principios y leyes que regulan dicha cla- sificación. La ciencia de la clasificación La taxonomía biológica, es la ciencia encargada de ordenar a los organismos en un sistema de clasificación compuesto por una jerarquía de taxones anidados. La Taxonomía Biológica es una subdisciplina de la Biología Sistemática, que estudia las rela- ciones de parentesco entre los organismos y su historia evolutiva. Actualmente, la Taxonomía actúa después de haberse resuelto el árbol filogenético de los organismos estudiados, esto es, una vez que están resueltos los clados, o ramas evolutivas, en función de las relaciones de pa- rentesco entre ellos. La Nomenclatura es la subdisciplina que se ocupa de reglamentar estos pasos, y se ocupa de que se atengan a los principios de nomenclatura. 6.3 Reglas de nomenclatura El botánico sueco, Linneus, (1753) clasificó a todas las especies conocidas en su tiempo en categorías inmutables. Muchas de esas categorías todavía se usan en biología actual. La clasificación jerárquica Linneana se basaba en la premisa que las especies eran la menor unidad, y que cada especie (o taxón) estaba comprendida dentro de una categoría superior o género. Linneus también establece la nomenclatura binomial para nombrar a las especies: y eligió el latín, en ese entonces el lenguaje de los "hombres cultos" en todo el mundo, para escribirla, con el objeto de asegurar que todos los científicos entendieran la nomenclatura. Actualmente se sigue utilizando el latín Se dice que una determinada categoría taxonómica es natural cuando todos los grupos taxonómicos que la forman están relacionados filogenéticamente. Categorías taxonómicas: son los distintos niveles de jerarquías en un sistema de clasificación. La especie es considerada por el Código Internacional de Nomenclatura como la categoría taxonómica básica. El concepto de especie biológica se define como el conjunto de poblaciones formadas por individuos que tienen el potencial para cruzarse entre ellos y producir descen- dencia fértil, y que se encuentran aislados de otros grupos próximos; esta definición también es conocida como especie sexual. Debido a la diversidad de los organismos se han establecido niveles de clasificación denomina- dos taxones. El nivel de Reino era hasta hace poco el nivel superior de la clasificación biológica. En las clasi- ficaciones modernas el nivel superior es el Dominio. Cada uno de los Dominios se subdivide en Reinos, los Reinos a su vez pueden organizarse en Subreinos, etc. Las especies a su vez se agrupan en taxones superiores, cada uno en una categoría más alta: géneros, familias, órdenes, clases, phylum, reino y más recientemente dominio. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 108 Biología I Guía Didáctica Ilustrada En biología, dominio es cada una de las tres principales subdivisiones en que se consideran cla- sificados los seres vivos: Archaea, Bacteria y Eukarya. Los dominios se subdividen en reinos. Reino es cada una de las grandes subdivisiones en que se consideran distribuidos los seres naturales, por razón de sus caracteres comunes. Una lista de las categorías taxonómicas generalmente usadas incluiría el dominio, el reino, el subreino, el filo (o división, en el caso de las plantas), el subfilo o subdivisión, la superclase, la clase, la subclase, el orden, el suborden, la familia, la subfamilia, la tribu, la subtribu, el géne- ro, el subgénero y la especie. Se subdivide a la especie en razas cuando se encuentran grupos de poblaciones que difieren morfológicamente entre sí, aunque a veces crezcan juntas e hibriden entre ellas con facilidad. Se la subdivide en subespecies si poseen poco solapamiento geográfico en comparación con las razas, pero todavía existe algo de hibridación. Si los migrantes de una población se ven en des- ventaja reproductiva al entrar a otra población, entonces los sistemáticos consideran que las poblaciones pertenecen a dos especies distintas, claramente definida Nombre científico Los nombres científicos de plantas y animales están constituidos de dos palabras: género y especie,. Ambas constituyen el nombre científico En la nomenclatura binominal de Linneo (una expresión de dos palabras), cada especie animal o vegetal es designada por un binomio en latín, donde la primera, el nombre genérico, es com- partida por las especies del mismo género; y la segunda, el nombre específico, hace alusión a alguna característica o propiedad distintiva; ésta puede atender al color (albus, "blanco"; car- dinalis, "rojo cardenal"; viridis, "verde"; luteus, "amarillo"; purpureus, "púrpura"; etc.), al origen (africanus, "africano"; americanus, "americano"; alpinus, "alpino"; arabicus, "arábigo"; ibericus, "ibérico"; etc.), al hábitat (arenarius , "que crece en la arena"; campestris, "de los campos"; fluviatilis, "de los ríos"; etc.), homenajear a una personalidad de la ciencia o de la política o atender a cualquier otro criterio. Una vez fijado, un nombre no es sustituido por otro sin un motivo taxonómico. Ejemplo de la clasificación taxonómica del ser humano: Reino: Animal Phylum: Chordata Clase: Mammalia Orden: Primates Familia: Hominidae Género: Homo Especie: sapiens Existen reglas para nombrar a cada categoría taxonómica, y existen las normas aplicadas a los animales, sobre los que rige el Código Internacional de Nomenclatura Zoológica y a plantas y hongos Código Internacional de Nomenclatura Botánica, que trata de diferente manera a los dos grupos mencionados). De la misma forma los bacteriólogos, que se habían atenido al código botánico, desarrollaron los suyos propios; y lo mismo hicieron los virólogos (estudiosos de los virus). Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 109 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Determinación o identificación de organismos. La Determinación o identificación de organismos es la disciplina que ubica a un organismo desconocido dentro de un taxón conocido del sistema de clasificación, a través de sus caracte- res diagnósticos. Para ello son necesarios elementos como lupas o microscopios y el organismo a identificar, para observar los caracteres del organismo que permiten ubicarlo en uno u otro taxón. La información normalmente está disponible en libros llamados Claves de identificación que poseen un sistema ("clave") que va guiando al lector hacia el taxón al que pertenece su organis- mo. Normalmente las claves de identificación son para una región dada, 6.4 Clasificación de los seres vivos. Desde Aristóteles (384-322 a. C.), que además de filósofo, un gran biólogo; ordenó a los en dos conjuntos a los animales: 1) aquéllos con sangre roja (anaima); 2) aquéllos sin sangre (ananaima). La primera organización en reinos se debe a Aristóteles, que diferencia todas las entidades de la naturaleza en los conocidos reinos animal, vegetal y mineral. La clasificación de Aristóteles coincide en lo general con la de Lamarck en el siglo XVIII el primer grupo coincide en general con los vertebrados y el segundo con los invertebrados. Así desde la antigüedad los organismos vivos se reunían en solo dos reinos: Animal y Plantas. Ernst Haeckel 1866, creó el tercer reino Protista, para incluir aquellos organismos unicelula- res con aspectos intermedios entre plantas y animales. El cuarto reino establecido es Monera, que abarca bacterias y algas verde-azuladas, la carac- terística principal de este reino es la presencia de células procariotas: sin núcleo celular defi- nido ni organelas. R. H. Whittaker en 1969 separó a todos los hongos de las plantas en el quinto reino: Fungi, poseen células eucarióticas, tienen núcleos y paredes celulares pero carecen de pigmentos fo- tosintéticos. R. Whittaker (1969), reconoce sólo dos grandes dominios de seres vivos, los Procariotas y los Eucariotas. Viroides (partículas de ácido nucleico), Priones (partículas de proteína) y Virus (partículas de ácido nucleico y proteína), no son organismos vivientes pues carecen de un meta- bolismo propio.. En 1978 Whittaker y Margulis conservaron estos mismos 5 reinos pero incluyeron a las algas en las Protistas, denominándolo Protoctista. Durante años la clasificación más aceptada de los seres vivos se basaba en el reconocimiento de cinco reinos. Había sido propuesta por Lynn Margulis a partir de otra anterior originada por su maestro R.H. Whittaker en 1959. Margulis quiso reconocer la prioridad del nombre “Protoctista”, propuesto por J. Hogg en 1860, sobre el nombre “Protista”, que lo fue por Ernst Haeckel en 1866. La mayoría de los biólogos actuales reconocían estos cinco reinos: Moneras, Protistos, Hon- gos, Plantas y Animales, que se basaban en la organización celular, complejidad estructural y modo de nutrición. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 110 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Hasta hace poco tiempo, los seres vivos se clasificaban dependiendo de la ausencia o presencia de núcleo en las células que lo componen (procariota o eucariota), pero nuevos estudios a nivel molecular (estructura de los lípidos, proteínas y genoma) muestran que dentro de las procario- tas, las archaea son tan diferentes de las bacterias como éstas de las eucariotas. La evidencia presentada por la biología molecular sugiere que los primitivos procariotas se se- pararon en dos grupos muy temprano en el desarrollo de la vida en la tierra, los descendientes de estas dos líneas son las Eubacterias y las Arqueobacterias consideradas el sexto Reino. En 1977 Carl Woese propuso una categoría superior a reino: DOMINIO, reconociendo tres linajes evolutivos; ARCHEA, BACTERIA y EUKARYA. Las características para separar estos dominios son el tipo de célula, compuestos que forman la membrana y estructura del ARN. En los dominios Archaea y Bacteria sólo se incluyen organismos unicelulares, mientras que la mayoría de los seres vivos (protozoos, plantas, hongos y animales) pertenecen al dominio Eu- karya (las eucariotas). Los virus se clasifican aparte. En las dos últimas décadas varios estudios, basados en la comparación de secuencias del ARNr de la subunidad menor de los ribosomas, agrupan el conjunto de seres vivos en tres grandes dominios: Bacterias (anteriores Eubacterias), Arqueas (anteriores Arqueobacterias) y Euca- rias (anteriores Eucariotas); L. Margulis y K.V. Schwartz (1988), quienes redefinieron los cinco reinos. El dominio Archaea agrupa a organismos unicelulares que en la nomenclatura antigua pertenec- ían al reino Mónera; ya que carecen de núcleo como el resto de los procariontes. En 1990 se propuso considerarlos un dominio separado. Las arqueas se distinguen de las bacterias por las grandes diferencias existentes en el análisis de los ARNr (ARN ribosomal,) y la presencia de lípidos peculiares en la composición de su mem- brana. Comprenden organismos productores de metano (metanógenos), halófilos extremos y termo-acidófilos. Son muy frecuentes en los océanos, así como en hábitats extremos: Halococ- cus y Halobacterium solo viven en medios con más del 12 % de sal (mucho más salado que el agua de mar); los termo-acidófilos necesitan temperaturas de más de 60-80º C, con un pH ba- jo, de 1-3; Sulfolobus acidocaldarius oxida el azufre y vive en las fuentes termales del parque Yellowstone; Termoplasma se encuentra en escombreras de carbón encendidas. También se encuentran el tracto digestivo de varios animales, donde contribuyen indirectamente a la fer- mentación de la materia vegetal. Las bacterias forman uno de los tres dominios en los que se dividen los seres vivos. En los anti- guos sistemas taxonómicos, las bacterias formaban un subreino del reino Monera. El término bacteria también se emplea para denominar a todos los organismos unicelulares sin núcleo diferenciado que constituyen el nivel de organización procarionte. Son los organismos más abundantes del Planeta y su tamaño ronda entre las 0.5 y 5 μm (micras). Pueden ser de carácter patógeno o no. Los organismos procariontes se subdividen en Eubacterias (dominio Bacteria) y Arqueobacte- rias (dominio Archaea). Generalmente poseen una pared celular, similar a la de plantas u hongos, pero compuesta por peptidoglicanos; muchos antibióticos son efectivos sólo contra las bacterias ya que inhiben la formación de esta pared celular. Muchas de ellas también poseen cilios o flagelos. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 111 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Dominio Eucarya. Eukarya es el dominio de organismos celulares con núcleo verdadero. La castellanización ade- cuada del término es eucariontes. Estos organismos constan de una o más células eucariotas, abarcando desde organismos unice- lulares hasta verdaderos pluricelulares en los cuales las diferentes células se especializan para diferentes tareas y que, en general, no pueden sobrevivir de forma aislada. El resto de los se- res vivos son unicelulares procariotas y se dividen los dominios Archaea y Bacteria. Al dominio Eukarya pertenecen protistas.Animales, plantas, hongos, así como varios grupos denominados colectivamente Todos ellos presentan semejanzas a nivel molecular (estructura de los lípidos, proteínas y genoma) y comparten un origen común. Se cree que los eucariontes se han originado hace alrededor de unos dos mil millones de años, pero no hay un acuerdo uná- nime. Los fósiles más tempranos, como los acritarcos son difíciles de interpretar. Formas que pueden relacionarse inequívocamente con grupos modernos empezaron a aparecer hace unos 800 millones de años, mientras que la mayoría de los grupos fósiles se conocen desde final del Cámbrico, hace unos 500 millones de años. El reino Protista Eucariotas, unicelulares o pluricelulares los hay en medios acuáticos, en ambientes terrestres húmedos o en el medio interno de otros organismos Nutrición: Autótrofos, por fotosíntesis, o heterótrofos. Aerobios, Reproducción y desarrollo: Puede ser asexual o sexual, Se les designa con nombres como algas, protozoos o mohos mucosos. Fig. 104 Fig. 104 Representantes Reino Protista Reino Fungi - Hongos Características Cerca de 100.000 especies han sido descritas, organismos eucarióticos filamentosos o, en raras ocasiones, unicelulares. Micelio: masa de hifas, construyen hifas, sin clorofila, no tienen raíz, tallo y hojas, son heterótrofos saprobios o parásitos, se reproduce formando esporas. Fig. 105 Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 112 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Fig. 105 Representantes Reino Fungi Reino Animalia -Animales Características. Organismos pluricelulares eucarióticos. El principal modo de nutrición es por ingestión. Muchos animales son móviles, Su reproducción es primariamente sexual y asexual., Dividido en dos sub- reinos de acuerdo a la presencia o ausencia de columna vertebral: invertebrada y vertebrata o Chordata. Subreino Invertebrata: sin columna vertebral. Esponjas, corales, gusanos planos y redondos, moluscos (caracoles, almejas, pulpo) (artrópodos, (arácnidos, crustáceos e insectos) equino- dermos (erizos, estrellas pepinos de mar), anélidos (lombriz, sanguijuela poliquetos), Fig. 106 Fig. 106 Invertebrados: caracol, coral, nematodo Subreino Vertebrata: con columna vertebral. Respiración pulmonar y branquial, reproducción sexual. Se divide en 5 grupos: Peces, Anfibios, Reptiles, Aves, Mamíferos. Fig. 107 Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 113 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Fig. 107 Representantes de vertebrados Reino Plantae Vegetales Características Eucariotas pluricelulares fotosintéticos, el pigmento fotosintético es la clorofila a; la clorofila b y otros pigmentos, adaptados primariamente a la vida terrestre. Las paredes celulares con- tienen celulosa. Contienen estructuras con vasos especializados en el transporte de sustancias, son las más familiares. Fig. 108 Representantes del reino Plantae Tabla 5 Comparación entre los Sistemas de Clasificación Sistema de Clasifica- Sistema de Clasifica- Sistema de Clasifica- ción ción ción con 5 reinos (1969) con 6 reinos (1977) de 3 dominios (1990) Animal Animal Planta Planta Eukarya Hongo Hongo Protista Protista Eubacteria Bacteria Monera Archaebacteria Archaea Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 114 Biología I Guía Didáctica Ilustrada 6.7 Los Virus: características diferenciales y su importancia Características. Los virus poseen un solo tipo de ácido nucleico de tamaño relativamente pequeño con respecto a otros agentes, biológicos, rodeado por una cáscara o cápside formada por numerosas copias de una proteína o de un número limitado de ellas. Fig. 109 Virus VIH Se pueden citar como resumen dos definiciones de virus: La primera, propuesta por Lwoff (1957), establece: "Entidad estrictamente celular y poten- cialmente patogénica con una fase infecciosa y, que posee: 1. un solo tipo de ácido nucleico, 2. incapaz de crecer y reproducirse por fisión binaria, 3. Carente de enzimas para producir energía". La segunda definición pertenece a Luria y Darnell (1967): "Los virus son entidades cuyo genoma son elementos de ácido nucleico que se replican dentro de células vivas usando la maquinaria de síntesis celular, determinado la formación de elementos especializados que permiten la trans- ferencia del genoma viral a otras células". Viroides Son virus extremadamente simples constituidos por ARN circular de muy bajo peso molecular, sin cápside protectora. Producen enfermedades hasta el momento exclusivamente en plantas. Provirus Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 115 Biología I Guía Didáctica Ilustrada El genoma viral se puede integrar al genoma celular por un proceso de recombinación genética, directamente en los virus ADN o previa transcripción inversa en el caso de virus con ARN. El genoma viral integrado al genoma celular recibe el nombre de provirus. Virus no convencionales, Priones. Fig. 110 Fotografía y esquema virus poliomielitis Ciertos agentes de afecciones degenerativas del sistema nervioso central del hombre han sido clasificados como virus no convencionales, ya que no ha sido posible determinar la presencia de estructura similar a virus en el material infectante ni el tipo de ácido nucleico de estos agen- tes. Los priones han sido descritos en los últimos años como causantes de muchas enfermeda- des del sistema nervioso. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 116 Biología I Guía Didáctica Ilustrada ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Mapa conceptual Biodiversidad. a) Completa el siguiente mapa conceptual de biodiversidad en sus diferentes niveles. b) Mapa conceptual de vertebrados. Analízalo e interprétalo utilizando tus propias palabras Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 117 Biología I Guía Didáctica Ilustrada c) Repasa los siguientes cuadros sinópticos de los animales y vegetales y elabora un resumen. www.araucaria2000.cl/.../clasificacion.htm Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 118 Biología I Guía Didáctica Ilustrada www.araucaria2000.cl/.../clasificacion.htm Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 119 Biología I Guía Didáctica Ilustrada d) Actividad practica a lo largo de la unidad y se sugiere equipos de cuatro personas TEMA: Características de los vertebrados. Actividad 1. Hagan un recorrido por el campo y observen los animales domésticos que haya, por ejemplo cerdos, vacas, cabras, gallinas, caballos, conejos. 1. ¿Qué características comunes presentan? 2. ¿Cuál es la característica más importante que todos poseen? 3. ¿Cómo se desplazan? 4. También observen los animales silvestres tales como: lagartijas, tortugas, ranas, garrobos, palomas, golondrinas, sapos, zanates. 5. ¿Tienen algo en común estos animales silvestres con los anteriores? 6. ¿Podríamos considerar que pertenecen a un grupo igual? ¿Por qué? Actividad 2.- Los estudiantes mediante estas actividades podrán ponerse de acuerdo sobre las características generales que tienen los vertebrados y establecer diferencias con los inverte- brados. a) Describan las características comunes que presentan todos estos animales. b) Elaboren conjeturas acerca del término vertebrado. c) Elaboren una lista de animales que presenten las características basadas en las conjeturas anteriores. d) Elijan por equipo un animal vertebrado de su preferencia y describan lo siguiente: carac- terísticas externas; tamaño y peso aproximado; hábitos alimentarios; utilidad que presta; cómo se desplaza en el medio. e) Hacer lo mismo con un animal invertebrado. f) Escriban cinco diferencias que existen entre los animales invertebrados y vertebrados. Actividad 3. Características adaptativas al ambiente Con estas actividades se pretende que los estudiantes identifiquen los medios donde viven los vertebrados (acuático, terrestre, aéreo), en qué han consistido las adaptaciones del cuerpo para vivir en el medio apropiado. Se hace necesaria una puesta en común sobre las caracterís- ticas adaptativas de los vertebrados a los diferentes hábitats. Replanteamiento. Haga una lista de los lugares o hábitat donde puedan vivir los vertebrados. 1. Analicen tarjetas e ilustraciones, previamente preparadas por el docente, donde se vean formas, tamaños y estructura de picos, patas, manos, cabezas, colas, hocicos, aletas, cu- bierta de la piel, identifiquen a qué animales pertenecen y relacionen las adaptaciones con el tipo de alimentación y del medio donde viven estos animales. 2. Realicen visitas a parques zoológicos y acuarios y observen las características adaptativas de los vertebrados al medio ambiente donde habitan. 3. Seleccionen las características adaptativas de los vertebrados de acuerdo al medio donde viven. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 120 Biología I Guía Didáctica Ilustrada GLOSARIO Abiótico: Contrario a la vida. Absorción: El proceso de acumulación, como la absorción por las raíces. Acídico: Que posee un número relativo grande de protones y tiene un pH menor de 7,0. Ácido desoxirribonucleico (ADN): Un ácido nucleico de doble cadena, compuesto de adenina, guanina, citosina, timina, desoxiribosa y fosfato. Ácido nucleico que funciona como soporte físico de la herencia en el 99% de las especies. La molécula, bicatenaria, está formada por dos cadenas antiparalelas y complementarias entre sí. Su unidad básica, el nucleótido, consiste en una molécula del azúcar desoxirribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina. Ácido Ribonucleico (ARN): Un ácido nucleico de una sola cadena, compuesto de adenina, guani- na, citosina, uracilo, ribosa y fosfato. Ácido ribonucleico de transferencia (ARNt): Una molécula pequeña de ácido ribonucleico, que participa en la transferencia de aminoácidos específicos para la síntesis de una proteína. Ácido ribonucleico mensajero ( ARNm): Un ácido ribonucleico que se transcribe a partir de la matriz de ADN. Ácido ribonucleico ribosomal ( ARNr): Un ácido ribonucleico que participa en la formación de los ribosomas. Ácido: Un donador de protones (H+), una sustancia que libera protones y por lo tanto causa que el pH de una solución sea menor de 7,0. Actina: Proteína globular, participa en los mecanismos de contracción de los microfilamentos. Adenina: Base nitrogenada halladas en el ADN y ARN. Adenosin trifosfato.( ATP ): Compuesto orgánico que contiene , adenina, ribosa y tres grupos fosfatos. La mayor fuente de energía química para las reacciones metabólicas. ADN (ácido desoxirribonucleico) Un ácido nucleico compuesto de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central formando una doble hélice, capaz de autorrepli- carse y codificar la síntesis de ARN. Lugar donde esta "depositada" la información genética. Aeróbico: Organismo que metaboliza en presencia de oxígeno molecular. Alcalina: Sustancia que libera iones hidroxilos en solución. Aumenta el pH por encima de 7,0. Alcaloide: Un grupo de compuestos nitrogenados orgánicos de origen vegetal, de carácter básico. Muchos alcaloides tienen propiedades medicinales, alucinógena o tóxica. Aleurona: Producto de naturaleza proteíca, que se almacena en las semillas y que se moviliza durante la germinación. Alga verde azul: Organismo procariote, con pigmentos de ficobilina para realizar la fotosínte- sis. Almidón: Un polisacárido compuesto por moléculas de a -glucosa, es el principal producto de reserva de las plantas. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 121 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Amilasa: Una enzima que hidroliza el almidón convirtiéndolo en azucares. Aminoácido: Un ácido orgánico con un grupo amino (NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos se unen entre sí para formar las moléculas de proteínas. Aminoácidos: Cada aminoácido posee por lo menos un grupo funcional amino (básico) y un grupo funcional carboxilo (ácido) y difiere de otros aminoácidos por la composición de su grupo R. Las subunidades (monómeros) que forman las proteínas Anaeróbico: Organismo que funciona en ausencia de oxígeno molecular. Anticuerpos: Proteínas producidas por células del sistema inmunitario que se "pegan" a las moléculas o partículas extrañas con la finalidad de inactivarlas. Antígenos: Moléculas que al ingresar a un organismo inician la producción de anticuerpos, gene- ralmente proteínas o proteínas combinadas con polisacáridos. Antocianinas: Un grupo de pigmentos flavonoides, solubles en agua, que le dan las coloraciones, azul, rojo y morado a las flores. Aparato de Golgi: Organelos compuestos de pilas de membranas aplanadas , que funcionan en el empaquetamiento y síntesis de membranas y pared celular. Apoplasto: Esta formado por la pared celular y los espacios intercelulares, que constituyen el espacio libre del tejido. El agua y los solutos se mueven a través del espacio libre. Árbol filogenético - es un árbol que muestra las relaciones de evolución entre varias especies u otras entidades que se cree que tuvieron una descendencia común ARN (ácido ribonucleico): Ácido nucleico formado por una cadena polinucleotídica. Su nucleó- tido consiste en una molécula del azúcar ribosa, un grupo fosfato, y una de estas cuatro bases nitrogenadas: adenina, uracilo, citosina y guanina. Arqueobacterias (del griego arkhaios = antiguo; bakterion = bastón): grupo de procariotas de unos 3.500 millones de años de antigüedad, presentan una serie de características diferencia- les que hicieron que Carl Woese, profesor de la Universidad de Illinois, Urbana, U.S.A., pro- ponga su separación del reino Moneras y la creación de uno nuevo: Archea, propuesta que hoy es cada vez mas aceptada. Asexual (del griego a como prefijo privativo): Un método de reproducción en el cual se produ- cen descendientes genéticamente idénticos a su único progenitor. Ocurre por diversos meca- nismos, entre ellos fisión, gemación y fragmentación. Autotrófico: Un organismo que produce sus propios alimentos a través de la fotosíntesis, p. ej. las plantas verdes. Autótrofo: un organismo que fabrica su propio alimento, convierte energía de fuentes inorgá- nicas en dos formas b -caroteno: Un carotenoide vegetal importante, precursor de la vitamina A. Big- Bang (la gran explosión): un modelo de la evolución del universo que sostiene que toda la materia y la energía del universo estuvo concentrada en un punto y que en un momento explotó. Seguidamente la materia se condensó para formar átomos, elementos y eventualmente galaxias y estrellas. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 122 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Buffer: Cualquier substancia que absorbe o libera protones para mantener el pH de la solución estable, inclusive sí se añade un ácido o una base. Campo de punteaduras primario: Región en la pared primaria, donde los plasmodesmos atra- viesan la pared celular. Capa de aleurona: Un grupo de células ricas en gránulos de proteínas y localizada como la capa externa del endosperma de muchas semillas Carbohidrato: Un compuesto orgánico que contiene carbono, hidrógeno y oxígeno en el patrón básico CH2 O ; como los azucares, almidón y celulosa.. Carotenoide: Un terpeno compuesto por ocho unidades de isopreno, sintetizado por muchas plantas. Pigmentos de colores anaranjado rojizo, que se encuentran en la zanahoria, hojas, etc. Catalizador: Cualquier substancia que acelera la velocidad de una reacción sin participar en ella. En las reacciones bioquímicas las enzimas, son proteínas que actuan como catalizadores, disminuyendo la energía de activación. Células eucarióticas - Células complejas que tienen organelos cubiertos por membranas. Células procarióticas - Células más sencillas cuyos organelos no están separados por membra- nas. Solo las bacterias y las algas azul verdosas tienen células procarióticas. Células somáticas: Todas las células del soma o cuerpo, diferentes de las células sexuales, que contienen al menos los dos conjuntos de cromosomas heredados de ambos padres. Celulasa: Una enzima que hidroliza la celulosa, convirtiéndola en glucosa. Celulosa: El principal carbohidrato estructural de las células vegetales. Es un polímero de la glucosa (esta compuesta de muchas unidades de glucosa). Celulosa: Polisacárido compuesto por cadenas lineales de glucosa unidas por uniones beta glu- cosídicas. Principal componente estructural de las plantas, insoluble e indigerible para el siste- ma digestivo humano. Celulosa: Polisacárido compuesto por cadenas lineales de glucosa unidas por uniones beta glu- cosídicas. Principal componente estructural de las plantas, insoluble e indigerible para el siste- ma digestivo humano. Cianobacteria: (Gr. kyanos, azul oscuro). Algunas veces llamadas algas verde azules, bacterias fotosintéticas; productores importantes de oxígeno para la evolución de la vida sobre la tierra. Ciclosis: Circulación del citoplasma en el interior de la célula junto con algunos organelos. Cigoto: Célula diploide (2n) resultante de la unión de dos gametos haploides (n), óvulo fecunda- do como resultado de la fertilización. Citoplasma: El contenido viscoso de la célula, que se encuentra en la parte interna de la mem- brana plasmática, excluyendo al núcleo. Citosol: Es la savia celular, es el medio acuoso, en el que están suspendidos los organelos y las partículas insolubles de la célula. Clon: Organismos genéticamente idénticos. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 123 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Clorofila: La molécula responsable de captar la energía luminosa en los primeros eventos de la fotosíntesis. Es un pigmento de color verde. Cloroplasto (del griego khloros = verde claro, verde amarillento; plastos = formado): Organela de la célula de algas y plantas rodeada por una doble membrana que posee el pigmento clorofila y es el sitio de la fotosíntesis. Cloroplastos: Organelos encontrados en las partes superiores de las plantas (tallos, hojas, frutos, etc.), contienen clorofila y realizan la fotosíntesis. Cosmos (del griego kosmos = mundo): el universo, en cuanto forma un conjunto ordenado so- mertido a las leyes de la naturaleza. Cresta: Pliegues presentes en la membrana interna de las mitocondrias. Cromatina: Es el material nuclear que se tiñe de oscuro, presente durante la interfase. Esta compuesta de ADN y proteínas. Cromoplasto: Organelos rodeados por una membrana que almacenan carotenoides. Cromosoma: Filamentos microscópicos dentro del núcleo de células eucarióticas, que tienen el ADN responsable de la herencia. Contienen las unidades hereditarias o genes. Cromosomas (del griego chroma = color; soma = cuerpo): Estructuras del núcleo de la célula eucariota que consiste en moléculas de ADN (que contienen los genes) y proteínas (principal- mente histonas). Desintegración radioactiva: La conversión espontánea de un átomo a un átomo de un elemento diferente por la emisión de una partícula de su núcleo (desintegración alfa o beta). Desoxirribosa: Un azúcar de cinco carbonos que forma parte del ADN. Difusión: El movimiento de moléculas al azar, de una región de alta concentración a otra de baja concentración. Dióxido de carbono: Una molécula gaseosa compuesta de un átomo de carbono y dos de oxíge- no, que participa en la fotosíntesis y es liberada en la respiración. Doble hélice: Una hélice compuesta de dos cadenas moleculares que se enrollan entre sí, como en el ADN. Dominio - es cada una de las tres principales subdivisiones en que se consideran clasificados los seres vivos: Archaea, Bacteria y Eukarya. Se subdividen en reinos. Envoltura nuclear: La membrana que rodea el núcleo en células eucarióticas. Enzima: Es un biocatalizador de naturaleza proteíca. Ergástico: Inclusiones de material relativamente puro, frecuentes en plastidios o vacuolas, p ej. Cristales como el de oxalato de calcio, grasas, granos de almidón, taninos, cuerpos protei- cos. Espectro de luz visible: Conjunto de los siete colores simples que produce un rayo luminoso al descomponerse por efecto de una refracción adecuada. Estrellas (del latín stella id.): En astronomía cada uno de los astros que brillan con luz propia en el firmamento Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 124 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Estroma: La matriz proteica entre las granas de los cloroplastos. Sitio de las reacciones oscu- ras de la fotosíntesis. Etanol: El alcohol etílico es el producto final de la fermentación alcohólica. Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracteriza- dos por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológi- co muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de anti- güedad Eucariote: Organismo cuyas células poseen núcleo delimitado por membrana. Filogenia - (del griego phylon = raza, tribu) historia evolutiva de una especie basada en las re- laciones comparadas de las estructuras y en la comparación de las formas modernas de vida con fósiles. Fisión: Proceso de reproducción asexual, en el que un organismo u organelo se divide en dos partes más o menos iguales. La forma más común de reproducción en procariotes. Fosas: en geografía se denomina así a las grandes profundidades marinas. Fosforilación oxidativa: Producción de ATP por las mitocondrias, acoplada al consumo de oxí- geno. Fósiles (del latín fossilis = enterrado): Los vestigios o restos de vida prehistórica preservadas en las rocas de la corteza Terrestre. Cualquier evidencia de vida pasada. Fotosíntesis: es la conversión de energía luminosa en los enlaces C-C de los carbohidratos, es el proceso por el cual la mayoría de los autótrofos obtienen su energía. Fotosíntesis: Es la producción de carbohidratos por la combinación de CO2 y H2 O, en los cloro- plastos, catalizada por la luz, con la liberación de O2. Galaxias (del griego galaxias = relativo a la leche, de allí "vía láctea"): cada una de las grandes agrupaciones del tipo de nuestra "vía láctea", que aisladas en los espacios siderales constituyen los elementos que conforman el universo. Gen: La unidad de la herencia. Un grupo de nucleótidos en la molécula de ADN responsable por la herencia de un carácter particular. Codifica una proteína. Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específi- cos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídi- ca de aminoácidos. Genoma: El complemento genético total de un organismo. Glioxisoma: Un microcuerpo subcelular presente en el citoplasma de muchas semillas oleagino- sas. Las enzimas del glioxisoma convierten lípidos a carbohidratos durante el proceso de la germinación. Glucólisis: Una serie de reacciones que preceden la respiración aeróbica o anaeróbica, en la que la glucosa es oxidada a ácido pirúvico. Glucosa: Un monosacárido de 6-carbonos (azúcar simple), el primer substrato de la respira- ción. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 125 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Grana: Estructuras en el interior de los cloroplastos, que se observan como gránulos verdes con el microscopio óptico y con el microscopio electrónico como una pila de membranas en for- ma de discos. La grana contiene las clorofilas y carotenoides y son el sitio de las reacciones luminosas de la fotosíntesis. Grasas: Moléculas orgánicas que contienen gran cantidad de carbono e hidrógeno, pero poco oxígeno. Los aceites son grasas en el estado líquido. Hemicelulosa: Un polisacárido componente de la pared celular primaria; similar a la celulosa, pero degradado más fácilmente. Herencia (del latín haerentia= pertenencias, cosas vinculadas) Transmisión de características de padres a hijos. Herencia: La transmisión de caracteres genéticamente controlados de padres a hijos a través de la reproducción sexual. Heterotrófico: Un organismo que obtiene sus alimentos a partir de otros organismos. Histonas. Proteínas básicas que constituyen una porción del material nuclear, asociadas funcionalmente al ADN. Heterótrofos: un organismo que obtiene energía de otro organismo. Los Animales son heteró- trofos. Hidrofílico: La propiedad que tiene una sustancia de atraer agua. Hidrofóbico: La propiedad que tiene una sustancia de repeler el agua. Hidrólisis: El rompimiento de una molécula grande en moléculas pequeñas, mediante la adición de agua. Homeostasis (del griego homos = mismo o similar, stasis = estar): La capacidad de mantener relativamente constante el medio interno Impermeable: Que tiene la propiedad de restringir el pasaje de substancias. Inorgánico: Un compuesto químico sin carbono en su esqueleto atómico. Interfase: La condición nuclear entre una mitosis y la próxima. Los cromosomas no son visibles, aunque ocurre una intensa actividad metabólica. Ion: Un átomo o molécula que ha ganado o perdido un electrón, haciendo que la partícula se cargue eléctricamente. Lámina media: La capa cementante de substancias pécticas entre dos paredes celulares pri- marias. Leucoplasto: Organelo rodeado por una membrana, especializado en el almacenamiento de al- midón. Lignina: Una molécula orgánica compleja hallada como componente importante de las paredes secundarias; imparte rigidez y fortaleza a las microfibrillas de celulosa. Lípido: Un aceite o grasa, formado por glicerol y ácidos grasos. LUCA (del ingles, Last Universal Cellular Ancestor): último antepasado común universal de las células modernas, equivale a lo que es Lucy en el árbol evolutivo de Homo sapiens, es decir, no Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 126 Biología I Guía Didáctica Ilustrada la primera célula sino una célula ya evolucionada, con todas las características de sus futuros descendientes: los actuales procariotas y eucariotas (ADN, Código genético, síntesis proteica etc.). Lumen: La cavidad central de una célula. Macrofibrilla: Un agregado de microfibrillas en la pared celular, visibles con el microscopio óptico. Macromolécula: Una molécula muy grande. Término generalmente aplicado a polisacáridos, lípi- dos, proteínas y ácidos nucleicos. Membrana diferencialmente permeable: Una membrana que permite el paso de ciertas partí- culas e impide el paso de otras; también se conoce como membrana selectivamente permeable. Membrana: En los organismos vivos, una bicapa de fosfolípidos impregnada con proteínas y otros compuestos; funciona en la compartimentalización de la actividad celular. Meristema: Es una zona o tejido, a partir del cual se forman células nuevas por división. Metabolismo: La suma de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula, incluyen tanto las de síntesis, como las de degradación. Microfibrilla: Un cordón alargado de moléculas de celulosa. Microtúbulos: Estructuras delgadas cilíndricas, formados por la proteína tubulina, que son importantes en la síntesis de algunas membranas. Mitocondria (del griego mitos = hilo, hebra; chondros = grano, terrón, cartílago):. Organelas autorreplicantes, que se encuentran en el citoplasma de la célula eucariota rodeadas por mem- brana, completan el proceso de consumo de la glucosa generando la mayor parte del ATP que necesita la célula para sus funciones. Mitocondria: Un organelo celular rodeado por una doble membrana, cuya función es la respira- ción aeróbica. Mitosis: La división nuclear de las células somáticas, que da como resultado dos núcleos hijos idénticos. Monómero (del griego monos = solo, meros = parte) molécula pequeña que se encuentra repeti- tivamente en otra más grande (polímero) Mosaico fluido: Se refiere al modelo de la estructura de las membranas, que consiste en una bicapa de lípidos con proteínas globulares flotando y con movimiento lateral. Mucigel: Un material mucoso segregado por los ápices de las raíces y los pelos radicales. Mucilaginoso: Que contiene un mucilago, compuesto de mucopolisacáridos. Núcleo: Es el organelo más grande de la célula eucarióte, rodeado por una envoltura nuclear, contiene los cromosomas y mucho del ADN celular. Nucleólo: Estructura nuclear especializada, con regiones densas de ADN asociadas a ciertos cromosomas, lugar de síntesis de los precursores de los ribosomas. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 127 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Organelas: Estructuras subcelulares que realizan determinadas funciones (generalmente están rodeadas por membranas y se las encuentra en las células eucariotas) p.ej.: mitocondrias, clo- roplastos, núcleo. Organelo: Partícula subcelular que realiza una función determinada en la célula. Organismos autotróficos - Organismos que son capaces de producir su propio alimento. Las plantas verdes son un ejemplo. Organismos heterotróficos - Organismos que no pueden producir su alimento y viven comiendo o digiriendo a otros. Ejemplo: los animales. Organismos multicelulares - Su cuerpo está formado de muchas células. Organismos unicelulares - Organismos cuyo cuerpo se compone de una sola célula. Organizador nucleolar: Un área en ciertos cromosomas, asociada con la formación del nucleolo. Ósmosis: Un caso especial de difusión de agua, a través de una membrana selectivamente per- meable. Pared celular primaria: La pared celular celulósica de todas las células vegetales, depositada durante la mitosis y citocinesis. Pared celular secundaria: Una pared celulósica, impregnada con lignina , depositada en la par- te interna de la pared primaria de muchas especies leñosas. Pared celular: La capa rígida más externa encontrada en las células de las plantas, muchos protistas y algunas bacterias. En las plantas formada principalmente de celulosa. Pectina: La sustancia cementante encontrada en la lámina media , compuesta principalmente de ácido pectico y pectato de calcio. Permeabilidad: Una propiedad de la membrana de dejar pasar libremente substancias. Peroxisoma: Un microcuerpo celular que contiene las enzimas de la fotorrespiración. pH. Es el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno. Una escala numérica utilizada para medir la acidez y basicídad de una sustancia. pH: El logaritmo negativo de la concentración de iones H +. El pH es una medida del carácter ácido o alcalino de la solución. Un pH 7 corresponde a neutralidad, por debajo estamos en la zona ácida y por arriba en la alcalina Plasmodesmos: Cordones microscópicos de citoplasma, que atraviesan la pared celular y ponen en comunicación los citoplasmas de dos células contiguas. Plasmólisis: La pérdida osmótica de agua del citoplasma y la vacuola, causa que el citoplasma se separe de la pared celular. Plastidios: Organelos de la célula vegetal, entre los cuales están los cloroplastos, cromoplastos y leucoplastos. Polímero (del griego polys = muchos, meros = parte): Molécula compuesta por muchas subuni- dades idénticas o similares. Polímero: Una macromolécula formada por la unión de pequeñas moléculas (monómeros) idénti- cas, p ej. Celulosa, almidón. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 128 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Polisoma: Un grupo de ribosomas relacionados funcionalmente y unidos por un cordón de ARNm. Poros nucleares: Regiones perforadas en la envoltura nuclear, a través de las cuales el ARNm migra hacia los ribosomas del citoplasma. Presión de turgencia: Una presión hidrostática desarrollada en el interior de una célula, como resultado de la ósmosis y que empuja el contenido celular contra la pared celular. Priones: Agente infeccioso compuesto sólo de una o más moléculas de proteínas, que no son acompañadas de material con información genética (definición sujeta a modificación). Defini- dos por Prusiner como "partículas proteicas infecciosas", se multiplican por una vía increíble: convierten proteínas normales en moléculas peligrosas sin mas que modificar su forma (a una isoforma). Se las considera responsables del "scrapie" (prurito lumbar de la oveja y cabra), la "enfermedad de las vacas locas" y en humanos del "kuru" o "muerte de la risa" y la enfermedad de Creutzfeld-Jacob. Mas información Procariota (del latín pro = antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, posee un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimen- tan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membra- nas. Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 años. Procariotes: Organismos cuyas células no contienen núcleo, incluyen a las bacterias y cianobac- terias. Profase: Es la primera etapa de la división nuclear, se caracteriza por la desaparición de la envoltura nuclear y la aparición de cromosomas acortados. Proplastidios: Partículas rodeadas por membrana, que desarrollan una estructura interna ; pueden dar origen a cloroplastos, cromoplastos o leucoplastos. Proteína: Una macromolécula compuesta por una secuencia linear de aminoácidos. Contienen C,H,O,N, S. Las proteínas son los principales componentes estructurales de las células. Proteínas integrales: Proteínas que penetran en la bicapa lípidica de las membranas celulares o que la atraviesan por completo. Proteínas periféricas: Proteínas asociadas con la superficie de las membranas biológicas. Proteínas: (del griego proteios = primario, del griego Proteo, dios mitológico que adoptaba nu- merosas formas). Polímeros constituidos por aminoácidos que intervienen en numerosas funcio- nes celulares. Una de las clases de macromoléculas orgánicas que tienen funciones estructura- les y de control en los sistemas vivientes. Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones peptídicas. Proteinoides: Polímeros de aminoácidos formados espontáneamente a partir de moléculas orgá- nicas; tiene propiedades parecidas a las enzimas y pueden por lo tanto catalizar reacciones químicas. Proto: del griego protos = primero Protoplasto: La porción viva de la célula. Se excluye la pared celular. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 129 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Quimiosíntesis es la captura de energía liberada por ciertas reacciones químicas. Se considera que la quimiosíntesis apareció en la Tierra antes que la fotosíntesis. Respiración: Es el proceso mediante el cual se convierte la energía de la glucosa en ATP, ocu- rre en las células de todos los organismos vivos y libera CO 2 como un subproducto. La respira- ción aeróbica requiere la presencia de O2 ; aunque algunos organismos pueden respirar anaeró- bicamente. Retículo endoplasmático: Una red de membranas aplanadas que recorren el citoplasma celular ; si tienen ribosomas adheridos se denomina retículo endoplasmático rugoso ; si no se encuentran presentes ribosomas , la membrana se denomina retículo endoplasmático liso. Retrovirus (del latín retro = girar hacia atrás): Virus que contienen una sola hebra de ARN como material genético, se reproducen copiando el ARN en ADN complementario usando la transcriptasa reversa. La hebra de ADN es luego copiada y, el ADN bicatenario, es insertado en el ADN de la célula huésped. Ribosa: Un azúcar de cinco carbonos importante en el ARN y otros compuestos. Ribosoma: El organelo celular responsable de la traducción de la síntesis de proteínas Ribosomas: Pequeñas organelas, compuestas de ARNr (r por ribosómico) y proteínas. Están presentes en el citoplasma de procariotas (70 S) y eucariotas (80 S). Son el sitio de la síntesis proteica. Esta compuesto de dos subunidades. Los ribosomas de las organelas eucariotas (mito- condrias y cloroplastos) tienen 70 S, es decir son similares a los de los procariotas. S (por Svedberg, que la definió): Unidad de velocidad de sedimentación. RUDP carboxilasa: La enzima que fija el CO2 en el ciclo de Calvin de la fotosíntesis. RUDP: Ribulosa 1,5 difosfato , el azúcar de 5 carbonos que se combina con el CO 2 en el ciclo de Calvin, de la fotosíntesis. Sexual: Sistema de reproducción en el cual se fusionan dos células sexuales (gametos) haploi- des para producir un cigoto diploide. Simplástico: Movimiento de agua y sóluto a través de los tejidos atravesando las membranas biológicas Sistema transportador de electrones: El transporte de electrones excitados a través de una serie de moléculas o transportadores, resultando en la síntesis de ATP. Taninos: Compuestos orgánicos de origen vegetal, contienen C,H,O, de sabor astringente. Se usan industrialmente por sus propiedades curtientes en la industria del cuero. Le sirven a la planta como defensa contra el ataque de parásitos o la acción de animales fitófagos. Taxón: (del griego taxis = arreglo, poner orden) Término aplicado a un grupo de organismos situado en una categoría de un nivel determinado en un esquema de clasificación taxonómica.. Taxones - es un grupo de organismos emparentados, que en una clasificación dada han sido agrupados, asignándole al grupo un nombre en latín, una descripción, y un "tipo", que si el taxón es una especie es un espécimen o ejemplar concreto. Taxonomía (del griego taxis = arreglo, poner orden; nomos = ley): Método sistemático de clasi- ficar plantas y animales. Clasificación de organismos basada en el grado de similitud, las agru- paciones representan relaciones evolutivas (filogenéticas). Ciencia de la clasificación Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 130 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Tejido: Un grupo de células similares en origen y estructura, que realizan una función particu- lar. Teoría celular: Uno de los conceptos unificadores en biología. La teoría celular sostiene que todos los seres vivos están compuestos por lo menos por una célula y que la célula es la unidad fundamental y funcional de los organismos. La composición química de la célula es fundamen- talmente similar; toda célula se origina de una célula preexistente por división celular. Tilacoides: Pilas de sacos membranosos aplanados, que forman las granas en el interior del cloroplasto. Tonoplasto: La membrana que rodea la vacuola. Totipotencia: Este término implica, que todas las células somáticas de un organismo tienen la información genética para completar todo su ciclo vital, o sea pueden formar una nueva planta, si el medio ambiente es adecuado. Esto significa que todas las células tienen un complemento completo de ADN, que puede dar origen a una planta completa, p. ej. Una célula parenquimática de una raíz de zanahoria, puede originar un embrión que se diferencia en una planta adulta de zanahoria. ! La oveja Dolly ! Traducción: Conversión de la información contenida en el ARNm en una secuencia específica de aminoácidos, durante la síntesis de una proteína en la superficie de un ribosoma. Transcriptasa reversa: Enzima utilizada para su replicación por los retrovirus; copia el ARN del retrovirus en una hebra complementaria de ADN. Transferencia horizontal de genes: mecanismo por el cual se transmiten genes individuales, o grupos de ellos, de una especie a otra Transporte activo: El movimiento de iones o moléculas hacia el interior de una célula, en con- tra de un gradiente de concentración, usando energía metabólica. Tubulina: Proteína que compone los microtúbulos. Turgencia. Acción y efecto de hincharse, como consecuencia de la absorción de agua por ósmo- sis. Unidad de membrana: La interpretación mediante el uso de microscopio electrónico de las membranas biológicas, que consisten en dos líneas oscuras con una línea clara en el centro. Tie- ne un espesor de 7, 5 a 10 nm. Vacuola: Una inclusión citoplasmática, con un contenido acuoso, rodeada por el tonoplasto y que almacena iones y moléculas de bajo peso molecular. Vesícula: Un saco pequeño rodeado de una membrana, que se separa de una membrana median- te una constricción como en el aparato de Golgi. Viroides: Entidades "subvirásicas", formas infectantes de ácido nucleico circular que no poseen cubierta proteica; moléculas de ARN sin cubierta; ARN "desnudo", posiblemente virus" dege- nerados", que infectan plantas. Virus (del latín virus = veneno): Agente infeccioso de naturaleza obligatoriamente intracelular para sintetizar su material genético, ultramicroscópico y ultrafiltrable. Constan de un ácido nucleico (ADN o ARN) y un recubrimiento proteico. Entidad no celular, de muy pequeño tamaño. En estado extracelular son inertes. Maestría en Ciencias en Enseñanza de las Ciencias 131 Biología I Guía Didáctica Ilustrada Virus: Una partícula parecida a un cristal, que tiene una cubierta proteica y un núcleo de ADN o de ARN, pero no de ambos. Xilema: En las plantas vasculares es el tejido conductor de agua y sales minerales. En varias plantas el xilema está