Biología Semana 1: Características de los Seres Vivos PDF

Biología semana 1 Tema 1: Características de los seres vivos Los seres vivos presentan características que los diferencian de la materia inerte. Desde la antigüedad, la sociedad occidental propuso diferentes explicaciones sobre su naturaleza, genera...

Biología semana 1 Tema 1: Características de los seres vivos Los seres vivos presentan características que los diferencian de la materia inerte. Desde la antigüedad, la sociedad occidental propuso diferentes explicaciones sobre su naturaleza, generalmente basadas en la creencia de que los organismos obedecían a leyes propias, diferentes de las que cumplen los objetos inanimados. Hoy en día, la ciencia moderna considera que los seres vivos siguen las mismas leyes de la física y de la química, válidos para cualquier porción de materia. Una manera de estudiar a los seres vivos es analizar cada una de las partes que los componen, y luego ver cómo se relacionan entre sí. Otra manera, consiste en imaginarlos como sistemas y estudiar su funcionamiento general de cada uno de sus componentes. Para comprender el funcionamiento de los seres vivos es necesario conocer las características que lo determinan. Por lo general, cuando se quiere explicar el funcionamiento de los seres vivos, es común que se los compare con máquinas, empresas, motores, aparatos, etc. Sin embargo, los seres vivos son un sistema abierto en el que ocurren diferentes procesos que requieren de la interacción con el ambiente. De las características de los seres vivos se estudiarán: 1. Organización: describe los niveles de organización; su composición química, es decir, la materia que forma sus cuerpos, el grado de complejidad de sus estructuras y funciones, su organización celular y ecológica, etc. Los seres vivos dentro de su organización están formados por al menos una célula. Los niveles de organización son: Nivel químico, biológico y ecológico. Cada uno con diferentes niveles para conformar la biosfera. Si quiere ampliar sus conocimientos debe de dar click en el siguiente enlace encontrara detallado de mejor manera  cada uno de los niveles de organización https://cienciasnaturales.es/nivelesorganizacion.html 2. Composición química: Todos los seres vivos están formados por elementos y compuestos químicos que se organizan para formar la unidad estructural y funcional de todo ser vivo: La célula. Todo ser vivo debe estar formado por al menos una célula. Los elementos químicos que conforman los seres vivos se clasifican de acuerdo a la cantidad que necesita para su correcto funcionamiento: Macroelementos, iones monoatómicos y elementos traza. Los macroelementos se requieren en grandes cantidades, seis son indispensables para la vida: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Los iones monoatómicos las cantidades son menores en todos los seres vivos y entre ellos están el ion calcio (Ca2+), ion sodio (Na+), ion hierro (II) (Fe2+), ion cloruro (Cl–), entre otros. Y los elementos traza, es decir, elementos que pese a presentarse en pequeñas cantidades (menor a 0.5%) tienen una función importante para la estabilidad de la célula. Entre esos elemento traza se encuentra el magnesio (Mg hierro (Fe), flúor (F), zinc (Zn), silicio (Si), boro (B), cloro (Cl manganeso (Mn), cobre (Cu), yodo (I), cromo (Cr), selenio (Se) vanadio (V ), cobalto (Co), molibdeno (Mo) y estaño (Sn). 3. Otras características de los seres vivos son: movimiento, reproducción, Crecimiento y desarrollo, Adaptación, uso de energía, homeostasis y respuesta a estímulos. 1.1-La célula Todo ser vivo está compuesto por célula, dependiendo del organismo puede ser célula procariota o eucariota. Las células procariotas (antes del núcleo) forman el cuerpo de bacterias y arqueas que son unicelulares y las formas más simples de vida. Las células eucariotas (núcleo verdadero) son mucho más complejas, pueden ser unicelulares o forman organismos pluricelulares y se encuentran en el cuerpo de animales, plantas, hongos y protistas. Tanto las células procariotas como las eucariotas tienen ciclos de crecimientos, actividad metabólica, replicación de ADN y división. Sin embrago; tienen importantes diferencias estructurales y funcionales. Una definición simple de célula se refiere a la unidad anatómica y funcional de los seres vivos. Sin embargo, un concepto más completo de célula se refiere a la célula como: Un sistema isotérmico abierto formado por moléculas orgánicas, que se autoensambla, autorregula, autorreplica, operando bajo el principio de máxima economía de partes y procesos. Ver el siguiente video en el siguiente enlace https://youtu.be/qqU_Iab5fgY?si=2dpCikxlLrBUPPI1 1.1.1 Célula procariota La mayoría de las células procariotas son microscópicas y su estructura interna es simple en comparación de las células eucariotas. En general tanto Bacteria como Archaea son muy pequeñas, con un diámetro alrededor de 0.2 a 10 micras (um), Algunas células procariotas son bastante grandes; la cianobacteria Oscilatoria tiene un diámetro de casi 7 µm (el mismo que un eritrocito) y algunas espiroquetas pueden alcanzar ocasionalmente una longitud de 500 µm. En general, las células procariotas están rodeadas por una pared celular semirrígida o rígida que las protege y les da su forma característica. Carecen de núcleo y otros organelos encerrados en membranas (como cloroplastos, mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi y otros componentes del sistema de membranas). El citoplasma de la mayoría de las células procariotas tiene una apariencia homogénea al compararse con las células eucariotas. Contiene ribosomas, con igual función, pero de menor tamaño que los ribosomas eucariotas; además contiene muchos gránulos alimenticios que guardan moléculas energéticas como el glucógeno, pero no están englobados por membranas. Estudia cada una de sus estructuras e investiga la función (Ver ilustración 2). El material genético se encuentra en la región central de la célula llamada nucleoide casi siempre constituido por único cromosoma circular que consta de dos largas cadenas enrolladas de ADN (Ácido desoxirribonucleico) que llevan la información genética esencial; el nucleoide no está separado por una membrana, por lo tanto, no es un núcleo verdadero. Numerosas células procariotas poseen pequeños anillos de ADN llamados plásmidos, que se localizan fuera del nucleoide; son moléculas circulares, de doble cadena de ADN, que pueden existir y replicarse independientemente del cromosoma, contiene los genes que les confiere a la célula bacteriana, resistencia contra los fármacos, nuevas capacidades metabólicas, desactivar los anticuerpos, transformarlas en patógenas o dotarlas de otras propiedades.  Ilustración 2. Estructura general de las células procariotas. 1.1.2 Célula Eucariota Las células eucariotas se caracterizan por poseer un núcleo verdadero. El ADN se localiza dentro de una membrana nuclear que lo separa del resto del citoplasma. Las células eucariotas forman el cuerpo de animales, plantas, protistas y hongos. Como es de imaginar, estas son células sumamente diversas. En el cuerpo de todo organismo multicelular existe una enorme variedad de células eucariotas especializadas en diversas funciones. En cambio, el cuerpo unicelular de protistas y algunos hongos deben tener la suficiente complejidad para realizar en forma independiente las actividades necesarias para sustentar la vida, crecer y reproducirse. Las células son generalmente microscópicas (Ver ilustración 3); su tamaño se mide por medio de micrómetros. La mayoría de las células tienen dimensiones comprendidas entre 1 y 20 µm de diámetro. Sin embargo, las hay mucho más pequeñas que 1 µm y algunas son tan grandes que pueden ser observadas a simple vista. Entre las más grandes, destacan las algas marinas del género Acetabularia, las células de los huevos de las aves y de los huevos de los peces (como el caviar que son los huevos de un pez llamado esturión). Todas estas células tienen dimensiones de centímetros y pueden ser observadas a simple vista. Por lo general, las células de los organismos multicelulares son casi del mismo tamaño; así, el tamaño de las células de una lombriz de tierra, un ratón, un ser humano o una ballena azul, es aproximadamente igual. Las células en su mayoría no pueden ser observadas a simple vista y se requiere del uso de un microscopio que permite aumentar su tamaño y su definición. Ilustración 3 Tamaño de las células. Tomado de Solomon et al. 2013 La forma de las células es muy variable, y existen múltiples factores que la determina. En general, aunque tienden a ser esféricas o globulares cuando se encuentran aisladas, las células presentan numerosas formas características; estas se deben a algunos factores como: La existencia de las paredes celulares, que presentan las células de las plantas, hongos y muchos organismos unicelulares; la disposición del citoesqueleto, especie de armazón que presentan en el citoplasma las células eucariotas y la presión que ejercen unas células sobre otras, así como las funciones que cumplen las células y para las cuales están adaptadas. En los tejidos y órganos que constituyen el cuerpo humano se han identificado por lo menos 200 tipos diferentes de células. Algunas de ellas son: los eritrocitos o glóbulos rojos de la sangre que tienen la forma de un pequeño disco bicóncavo debido a que han perdido el núcleo, lo que les permite disponer de una mayor superficie para el transporte del oxígeno. Las células sexuales masculinas o espermatozoides tienen la forma de un renacuajo con una larga cola, que es un flagelo que utilizan para desplazarse y así poder llegar al óvulo. Las neuronas de forma estrellada poseen largas extensiones que les permiten la transmisión de impulsos nerviosos. Las células epiteliales, que cubren y protegen al cuerpo, tienen la forma de pequeños tabiques o ladrillos. Las células musculares lisas que constituyen órganos como el estómago, tienen la forma de huso. Los leucocitos o glóbulos blancos son esféricos dentro de la sangre, pero, para salir de los vasos sanguíneos y cumplir con su función defensiva, emiten pseudópodos (prolongaciones citoplásmicas), variando su forma a medida que se desplazan. Las células vegetales son esféricas, ovoides, poliédricas, cilíndricas, reniformes, etc (Ver ilustración 4). Ilustración 4 Formas de células eucariotas. Tomado de Audesirk eta. al. 2012. También las especies eucariotas unicelulares son muy abundantes. Los organismos que podemos ver a simple vista son mayoritariamente pluricelulares, es decir, están formados por muchas células. Son los animales, las plantas y los hongos. Las estimaciones del número de células que posee un organismo del tamaño similar al ser humano son variables y van desde 1013 (un 1 seguido de 13 ceros) hasta 1014 (un 1 seguido de 14 ceros), en el cerebro humano se estima unas 86.000 millones de neuronas y en el cerebro de un ratón unas 15.000 millones. Las células más abundantes del cuerpo humano son los glóbulos rojos y las neuronas del sistema nervioso. Los organismos que son solo una célula son muy variados morfológicamente, lo que depende de su forma de vida y del medio al que se haya adaptado. En estos casos, una sola célula debe realizar todas las funciones necesarias para su supervivencia y reproducción como en el caso de los protistas. Un organismo pluricelular, por su parte, también tiene que realizar numerosas funciones para mantener su integridad y reproducción, la cuales son llevadas a cabo por muchos tipos de células especializadas diferentes funcionando coordinadamente. Estas funciones son extremadamente complejas y variadas, desde las relacionadas con la alimentación, la detoxificación, el movimiento, la reproducción, el soporte, o la defensa frente a patógenos, hasta las relacionadas con el pensamiento, las emociones o la consciencia. Todas estas funciones las llevan a cabo células especializadas como las células del epitelio digestivo, las hepáticas, las musculares, las células germinales, las óseas, los linfocitos o las neuronas, respectivamente. La especialización supone la disponibilidad de una maquinaria molecular necesaria para su función, sobre todo formada por proteínas, que adoptan las formas más dispares para ser eficientes. Algunas funciones necesarias en un organismo pueden llevarse a cabo por células pertenecientes a un solo tipo, pero más comúnmente se necesita la cooperación de varios tipos celulares actuando de manera coordinada. Incluso, algunas funciones requieren que la célula muera tras su diferenciación como las células que forman las uñas o las que forman la madera y las células conductoras de la xilema de plantas y árboles. Las células eucariotas las hay de dos tipos: Célula animal y célula vegetal. Demos una revisión a la estructura general de la célula eucariota para conocer su composición (Ver ilustración 5 y 6). La célula organelos como: el núcleo, mitocondrias, citoplasma, membrana plasmática, complejo de Golgi, retículo endoplasmático liso y rugoso, citoesqueleto (formado por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos) ribosomas y lisosomas. En las células vegetales se encuentren además vacuola de mayor tamaño, pared celular y cloroplastos. Se estudiarán de manera detallada 3 estructuras de gran importancia en la célula animal y vegetal: La membrana plasmática, mitocondria y núcleo; y el cloroplasto presente únicamente en células vegetales. Te invitamos a investigar la función de las demás estructuras. Ilustración 5 Estructura general de célula eucariota animal. Tomado de De erice y Gonzáles 2012. Ilustración 6. Estructura de la célula vegetal y sus organelos. tomado de https://es.vecteezy.com/arte-vectorial/419741-celula- vegetal-con-membrana-celular. 1.1.3. Membrana plasmática La membrana plasmática es la estructura que recubre la célula. Es una bicapa de fosfolípidos entremezclados con colesterol que forman una matriz fluida en la que están inmersas varias proteínas, a las que se unen carbohidratos para formar glucoproteínas. Entre las principales funciones de la membrana plasmática se encuentran:1) aislar el contenido de la célula del ambiente exterior, 2) regular la entrada y salida de materiales de la célula y 3) permitir la interacción con otras células y con el ambiente extracelular. Los componentes tanto fosfolípidos como proteínas de membrana celular cumplen funciones muy diversas. Cada fosfolípido tiene una cabeza hidrofílica y una cola hidrofóbica que funcionan como barrera para la mayoría de los iones y moléculas hidrofílicas. Las proteínas de la membrana plasmática facilitan la comunicación entre la célula y el entorno. Las glucoproteínas de la membrana extienden ramificaciones de carbohidratos desde la célula al exterior. Ilustración 7 Membrana plasmática y su composición 1.1.3.1 Estructura de la membrana celular Las membranas celulares están formadas por lípidos, proteínas y, en menor medida, por glúcidos. La estructura y la organización de las membranas celulares, así como sus propiedades, están condicionadas fundamentalmente por los lípidos. Éstos son moléculas anfipáticas, con una parte hidrofílica y otra hidrofóbica, que se disponen formando una bicapa lipídica donde las partes hidrofóbicas se encuentran en el centro de la membrana y las hidrofílicas en contacto con el agua. Entre los lípidos se anclan las proteínas denominadas integrales, que son aquellas que forman parte de la membrana de manera permanente. Las proteínas transmembrana son proteínas integrales que poseen secuencias de aminoácidos hidrofóbicos entre las cadenas de los ácidos grasos de los lípidos, y dominios hidrofílicos que están en contacto con la solución acuosa intra y extracelular. Otras proteínas se insertan sólo en una monocapa o se anclan a ella mediante enlaces covalentes a lípidos o a cadenas de ácidos grasos. Otro tipo de proteínas, denominadas asociadas, se unen temporalmente a una u otra superficie de la bicapa lipídica. Los glúcidos no aparecen en todas las membranas celulares, pero son abundantes en la superficie externa de la membrana plasmática, y en algunas intracelulares. Los glúcidos se encuentran unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas. 1.1.3.2 Tipos de transporte de membrana. Las membranas suponen una barrera a la libre difusión de iones y moléculas cargadas eléctricamente. Sin embargo, La mayoría de las moléculas con actividad biológica, tales como iones, azúcares, péptidos, e incluso lípidos, han de cruzar la membrana de forma selectiva para desempeñar sus funciones. Pensemos, por ejemplo, en la glucosa o en los iones que crean gradientes electroquímicos. La creación de gradientes entre ambos lados de la membrana es necesaria puesto que se usan en muchos aspectos de la fisiología celular. Aproximadamente el 10 % de los genes de una célula están relacionadas con transportadores de membrana, lo que nos da una idea de la importancia de este mecanismo para la célula. Pero para que estos gradientes sean útiles es necesario que la célula pueda crearlos, regularlos y romperlos cuando lo necesite. Ilustración 8 Tipos de trasporte a través de la membrana celular 1.1.4 La Mitocondria Es un organelo de doble membrana presente en todas las células eucariotas y tiene como función la respiración celular. Las mitocondrias poseen un par de membranas, la membrana externa es lisa, mientras que la interna forma pliegues profundos llamadas crestas. Las membranas de la mitocondria contienen dos espacios llenos de líquidos: el espacio intermembranoso entre la membrana externa e interna y la matriz, y el compartimiento interior, dentro de la membrana interna. Algunas de las reacciones de degradación de moléculas energéticas ocurren en el líquido de la matriz, el resto se realiza por medio de una serie de enzimas unida a la membrana de las crestas en el espacio intermembranoso. Las mitocondrias llevan a cabo gran parte del metabolismo celular y su función es muy compleja. Ellas constituyen los centros generadores de energía de la célula y lo logran gracias a las complejas reacciones químicas que se producen durante la respiración aerobia. Revisar el siguiente enlace si quieres aprender más de la mitocondria y su función. https://cienciasnaturales.es/mitocondrias.html 1.1.5 Respiración celular En la mitocondria se lleva a cabo la respiración celular, la cual es el proceso que le permite a la célula obtener energía en forma de ATP (Adenosin trifosfato) -la forma de energía útil para la célula-. La respiración celular es una serie de reacciones que se efectúan en condiciones aeróbicas, en la que se produce gran cantidad de ATP. Las reacciones de la respiración celular necesitan oxígeno porque este elemento actúa como el último aceptor de electrones en la cadena de transporte. Durante la respiración celular se descompone-pierde energía- (oxida) una molécula de glucosa en 2 moléculas de ácido pirúvico. Ecuación general La respiración celular puede ser aeróbica o anaeróbica. requiere oxígeno, mientras que las rutas anaeróbicas, que incluyen la respiración anaeróbica y la fermentación, no lo necesitan. Las tres rutas, la respiración aeróbica, la respiración anaeróbica y la fermentación son reacciones exergónicas y energía libre que la célula puede capturar. La mayoría de las eucariotas y las procariotas realizan la respiración aeróbica, una forma de respiración celular que requiere oxígeno molecular (O). Durante la respiración aeróbica, los nutrientes se catabolizan en dióxido de carbono y agua. La mayoría de las células utilizan la respiración aeróbica para obtener energía de la glucosa, que entra en la célula a través de una proteína de transporte específica, en la membrana plasmática. Los procesos de la respiración celular aerobia son: Glucolisis, Formación de acetil Coenzima A, Ciclo del Acido cítrico y Transporte de electrones y Quimiósmosis. 1.1.5.1Glucolisis Proceso mediante el cual una molécula de glucosa se degrada en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. Ocurre en dos fases 1. activación de la glucosa y 2. obtención de energía. con un rendimiento neto de energía de dos ATP. También se forman dos NADH. Las reacciones tienen lugar en el citoplasma.  Ilustración 9 Etapas de glucolisis. Tomado de Audesirk eta. al. 2012 1.1.5.2 Formación de la Acetil CoA El Acetil CoA se forma para poder ingresar a la mitocondria. Esta serie de reacciones está catalizada por el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa. El piruvato, una molécula de tres carbonos que es el producto final de la glucólisis, entra en la mitocondria y experimenta descarboxilación oxidativa. En primer término, el grupo carboxilo se disocia en forma de dióxido de carbono, posteriormente, se oxida el fragmento residual de dos carbonos, y sus electrones se transfieren al NAD+. Por último, el grupo oxidado de dos carbonos, que es un grupo acetilo, se une a la coenzima A. La coA tiene un átomo de azufre, que forma un enlace con el grupo acetilo. Cuando este enlace se rompe, el grupo acetilo puede transferirse con facilidad a otra molécula. 1.1.5.3 Ciclo de Krebs Cada reacción esta catalizada por una enzima específica; durante el ciclo de krebs cada acetil CoA se combina momentáneamente con una molécula de oxaloacetato. El grupo acetilo de dos carbonos se dona al oxaloacetato de cuatro carbonos para formar el citrato de seis carbonos. Se libera nuevamente la CoA (la coenzima A como cualquier enzima no se altera permanentemente en el transcurso de estas reacciones y se reutiliza muchas veces) el citrato sufre una transposición a isocitrato, el isocitrato pierde un átomo de carbono en forma de CO2 y forma el α-cetoglutarato; se forma NADH a partir de NAD+. El α-cetoglutarato pierde un átomo de carbono en forma de CO2 y forma Suscinato, se forma NADH a partir de NAD+ y se almacena más energía en forma de ATP. El suscinato se transforma en fumarato, y el portador de electrones FAD se carga para formar FADH 2. Luego el fumarato se transforma en malato y este en oxaloacetato, y se forma NADH a parir de NAD+. El ciclo de krebs produce tres moléculas de CO2 y NADH, un FADH2 y un ATP por molécula de acetil CoA. El NADH y el FADH2 donan sus electrones al sistema de transporte de electrones de la membrana interna, donde la energía de los electrones se usa para sintetizar ATP por quimiosmosis. Ilustración 10 Etapas del ciclo de Krebs. Tomado de De erice y Gonzáles 2012 1.1.5.4 Cadena de trasporte de electrones. La cadena de transporte de electrones (CTE) se considera el destino de todos los electrones eliminados de una molécula de glucosa durante los procesos de glucólisis, formación de acetil CoA, y ciclo del ácido cítrico. Estos electrones se transfieren como parte de los átomos de hidrógeno a los aceptores NAD+ y FAD, formando NADH y FADH. Estos compuestos reducidos ahora entran en la cadena de transporte de electrones, en donde los electrones de alta energía de los átomos de hidrógeno son transportados de un aceptor a otro. Conforme los electrones pasan a lo largo de una serie de portadores de electrones incrustados en la membrana mitocondrial interna de las eucariotas y en la membrana plasmática de las procariotas aerobias. Al igual que NADH y FADH, cada portador existe en una forma oxidada o en una forma reducida. Los electrones pasan por la cadena transportadora de electrones en una serie de reacciones redox. En la cadena de transporte de electrones, cada molécula receptora alternadamente se reduce cuando acepta electrones y se oxida a medida que los cede. Los electrones que entran en la cadena de transporte de electrones tienen un contenido energético relativamente alto. Pierden parte de su energía en cada paso conforme pasan a lo largo de la cadena de portadores de electrones. Los miembros de la cadena de transporte de electrones incluyen la flavoproteína mononucleótido de flavina (FMN), el lípido ubiquinona (también llamada coenzima Q o CoQ), varias sulfoproteínas de hierro, y un grupo estrechamente relacionado con las proteínas que contiene hierro llamado citocromos. Cada portador de electrones tiene un mecanismo diferente para aceptar y transportar electrones. Conforme los citocromos aceptan y donan electrones, por ejemplo, la carga sobre el átomo de hierro, que es la parte portadora de electrones de los citocromos, se alterna entre Fe2+ (reducido) y Fe3+ (oxidado). Los científicos han extraído y purificado de la cadena transportadora de electrones de la membrana mitocondrial interna, cuatro grandes complejos proteínicos distintos, o grupos de receptores (aceptores). El complejo I (NADH-ubiquinona oxidorreductasa) acepta los electrones de las moléculas de NADH que se produjeron durante la glucólisis, la formación de acetil CoA y el ciclo del ácido cítrico. El complejo II (la succinato ubiquinona reductasa) acepta los electrones de las moléculas de FADH que se produjeron durante el ciclo del ácido cítrico. Ambos complejos I y II producen el mismo producto, la ubiquinona reducida, que es el sustrato del complejo III (la ubiquinona- citocromo c oxidorreductasa). Es decir, el complejo III acepta electrones de la ubiquinona reducida y los pasa al citocromo c. El complejo IV (la citocromo c oxidasa) acepta los electrones de citocromo c y utiliza estos electrones para reducir el oxígeno molecular, formando agua en el proceso. Los electrones simultáneamente se unen con los protones del medio circundante para formar hidrógeno, y la reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno produce agua. Debido a que el oxígeno es el aceptor final de los electrones en la cadena de transporte de electrones, los organismos que respiran aeróbicamente requieren oxígeno. ¿Qué sucede cuando las células que son aerobias estrictas son privadas de oxígeno? El último citocromo en la cadena mantiene sus electrones cuando no hay oxígeno disponible para aceptarlas. Cuando esto ocurre, cada molécula aceptora en la cadena conserva sus electrones (cada uno permanece en su estado reducido) y la cadena completa bloquea todos los caminos de regreso al NADH.  Ilustración 11 Trasporte de electrones. Tomado de Starr et al. 2009 El resultado final de la respiración celular producto de la oxidación de una molécula de glucosa es de 30 o 32 ATP y esta energía es utilizada para cada una de las reacciones que realiza la célula. Ilustración 12 Obtención de energía de la respiración celular. Tomado de De erice y Gonzáles 2012 1.1.6 El cloroplasto Los cloroplastos son plástidos, organelos que se encuentran únicamente en las plantas y protistas fotosintéticos. Son organelos especializados rodeados por una membrana doble. La membrana interna del cloroplasto contiene un fluido llamado estroma. En el estroma se encuentran grupos interconectados de sacos huecos membranosos llamados tilacoides y un apilamiento de sacos llamados grana. La membrana de los tilacoides contiene la molécula de clorofila. En el cloroplasto se lleva a cabo la fotosíntesis, que capta la energía solar y aporta la energía para impulsar la vida en la Tierra. Revisar el siguiente enlace para mayor aprendizaje https://cienciasnaturales.es/cloroplastos.html 1.1.7 La fotosíntesis La Fotosíntesis es un proceso físico-químico autotrófico que realizan la mayoría de los vegetales y también algunas bacterias y algas (organismos fotoautótrofos), y consiste básicamente en la absorción de la energía luminosa y su transformación en energía química (ATP y NADPH) la cual será utilizada para construir moléculas orgánicas a partir de dióxido de carbono, nitratos o bien sulfatos y agua. Ecuación general El conocimiento de este proceso es esencial para entender las relaciones de los seres vivos y la atmósfera, y para entender el balance de la vida sobre la tierra, dado el profundo impacto que tiene sobre la atmósfera y el clima terrestres. Esto significa que el aumento de la concentración de dióxido de carbono atmosférico generado por la actividad humana, tiene un gran impacto sobre la fotosíntesis. Debido a que gran parte de la vida en este planeta depende de la luz, directa o indirectamente, es importante entender la naturaleza de ella y su esencial participación en la fotosíntesis. La luz visible representa una pequeña parte del amplio rango de radiación continúa llamado espectro electromagnético. En este espectro toda la radiación viaja como ondas. La longitud de onda es la distancia entre los puntos máximos seguidos de una onda. Todas las ondas del espectro electromagnético tienen propiedades similares, pero difieren en sus longitudes de onda. Las ondas de radio son las de mayor longitud de onda (y las menos energéticas), con valores cercanos a los 20 km. Las ondas de los rayos gamma son las de menor longitud de onda (y las más energéticas). La luz visible representa una pequeña fracción del espectro electromagnético y consiste en una mezcla de ondas cuya longitud de onda está en el rango entre 380 y 760 nm aproximadamente. La fotosíntesis utiliza la energía de las ondas del rango visible. En un extremo del espectro electromagnético están los rayos gamma, con longitudes de onda muy cortas, que se miden en fracciones de nanómetros o nm (1 nanómetro es igual a 10−9 m, una mil millonésima parte de un metro). 1.1.7.1 Pigmentos fotosintéticos Cuando la luz se encuentra con la materia puede ser reflejada, transmitida o absorbida. Las sustancias que absorben luz visible se conocen como pigmentos. Los diferentes pigmentos absorben la luz de diferentes longitudes de onda y las longitudes de onda que absorben desaparecen. Si se ilumina un pigmento con luz blanca, el color que vemos es el color más reflejado o transmitido por el pigmento (si un pigmento absorbe todas las longitudes de onda, se ve como negro). Percibimos el verde cuando observamos una hoja debido a que la clorofila absorbe azul-violeta y la luz roja mientras que transmite y refleja la luz verde. La capacidad de un pigmento de absorber diversas longitudes de onda puede medirse con el espectrofotómetro Las clorofilas son los pigmentos más importantes de los organismos fotótrofos. La clorofila a tiene un espectro amplio de absorción con máximos de 420 a 660 nm. La clorofila b se distingue de la clorofila a por la presencia de un grupo formil (-CHO) en lugar de los grupos metilo (--CH3) en el anillo de porfirina. Estos pequeños cambios estructurales desplazan la absorción máxima hacia la región central del espectro visible. Todas las plantas y las algas verdes contienen clorofila a y b, otros organismos fotosintéticos oxigénicos complementan la clorofila a con la clorofila c (algas pardas, diatomeas y dinoflagelados) clorofila d (algas rojas) o con las ficobilinas (cianobacterias). 1.1.7.2 Fases de la fotosíntesis La fotosíntesis consta de reacciones dependientes de la luz y reacciones independientes de la luz; cada reacción se lleva a cabo en un lugar distinto del cloroplasto, pero las dos reacciones se acoplan mediante moléculas portadoras de energía. Las reacciones dependientes de la luz se efectúan dentro de las membranas tilacoidales, estas contienen sistemas altamente organizados de proteínas, clorofilas, pigmentos accesorios y moléculas portadoras de electrones. Estos sistemas se denominan fotosistemas. Cada tilacoide contiene miles de copias de dos tipos de fotosistemas, llamados fotosistemas I y fotosistemas II. Cada fotosistema consta de dos partes principales (1) un complejo recolector de luz (2) un sistema de transporte de electrones. El complejo absorbe la luz y pasan la energía a una molécula específica de clorofila denominada centro de reacción; los pigmentos que absorben la luz se les denominan moléculas antena, porque capturan la energía y la transfieren al centro de reacción donde se procesa. Los electrones se transfieren al sistema de transporte de electrones del fotosistema II, mientras los electrones pasan por el sistema de transporte, liberan energía; parte de la energía es utilizada para crear un gradiente de iones hidrógenos que impulsa la síntesis de ATP. Mientras tanto, el complejo recolector de luz del fotosistema I absorbe luz, la energía luminosa expulsa electrones del centro de reacciones, los cuales son captados por el sistema de transporte de electrones del fotosistema I. los electrones perdidos por el centro de reacción son reemplazados por los del sistema de trasporte del fotosistema II; parte de esta energía es capturada en forma de NADPH y por último, la clorofila del fotosistema II atrae electrones de moléculas de agua. Las reacciones independientes de la luz o fijación del carbono ocurren en el estroma mediante una secuencia de muchas reacciones conocidas como ciclo de Calvin-Benson. Todas las reacciones se agrupan en tres fases: 1) Absorción de CO2, 2) reducción del carbono y 3) regeneración de RuBP (Ribulosa bifosfato). 1. Absorción de CO2, la primera fase del ciclo ce Calvin consiste en una reacción individual en la que una molécula de CO2 reacciona con un compuesto de 5 carbonos fosforilados, la Ribulosa bifosfato (RuBP) esta reacción se cataliza por la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa, también conocida como rubisco. El producto de esta reacción es un intermediario de seis carbonos inestable, que inmediatamente se rompe en dos moléculas de fosfoglicerato (PGA) con tres carbonos cada uno. 2. Reducción del carbono. La segunda fase del ciclo de Calvin consiste en dos pasos en los cuales la energía y la potencia reducida del ATP y del NADPH (ambos producidos en las reacciones dependientes de la luz) se utilizan para convertir las moléculas PGA a gliceraldehido -3-fosfato (G3P). por cada seis carbonos que entran al ciclo como CO2 seis carbonos pueden abandonar el sistema como dos moléculas de G3P, para ser empleados en la síntesis de carbohidratos. Cada una de esas moléculas de tres carbonos es esencialmente la mitad de una molécula de hexosa. La reacción de dos moléculas de G3P es exergónica y conduce a la formación de glucosa y fructosa. 3. Regeneración de RuBp. Aunque se eliminan 2 moléculas de G3P del ciclo, restan 10 moléculas de G3P; esto representa un total de 30 átomos de carbono. Mediante una serie de 10 reacciones que constituyen la tercera fase del ciclo de Calvin, esos 30 carbonos y sus átomos asociados se reacomodan en seis moléculas de ribulosa fosfato, cada una queda fosforilada por el ATP para producir RuBP, el compuesto de cinco carbonos con el que inició el ciclo. Evaluación del tema. 1. Escribe las diferencias estructurales que tienen las células procariotas y las eucariotas 2. Escribe las diferencias estructurales entre la célula animal y vegetal 3. Escribe las funciones de la membrana celular 4. Escribe las etapas de la respiración celular y el nombre de la estructura de la mitocondria donde ocurren 5. Escribe las etapas de la fotosíntesis y el nombre de las estructuras del cloroplasto donde ocurren.