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3. Biología 3.1 Biología y sociedad 3.1.1 El carácter científco y metodológico La biología se considera científca, porque es nos explica los procesos de la naturalea para saber en que mundo estamos, metodológica, por utiliar el m!todo científco, donde la obser"ación, experimentación son los pasos esenciales y el ine"itable uso del m!todo científco para #ormular las leyes e $ipótesis de todo in"estigador.
3.1.% &elación biología'tecnología'sociedad (ociedad La biología en si se puede relacionar con la sociedad por que en nuestra sociedad o entorno existen muc$os tipos de seres "i"os es por eso que la bilogía se relaciona, además de que se encarga de estudiarlos. )ecnología )ecnología La sociedad está ligada a la tecnología porque ya que sin esta los di"ersos aparatos y maquinas que $ay no sería posible obser"ar los cambios de los seres "i"os.
3.% *!lula+ unidad de la "ida 3.%.1 rigen y teoría celular, instrumentos de la biología La aparición del primer organismo "i"o sobre la )ierra suele asociarse al nacimiento de la primera c!lula. (i bien existen muc$as $ipótesis que especulan cómo ocurrió, usualmente se describe que el proceso se inició gracias a la trans#ormación de mol!culas inorgánicas en orgánicas ba-o unas condiciones ambientales adecuadas tras esto, dic$as biomol!culas se asociaron dando lugar a entes comple-os capaces de autorreplicarse. Existen posibles e"idencias #ósiles de estructuras e structuras celulares en rocas datadas en torno a / o 3,0 miles de millones de aos 2giga'aos o a.4. (e $an encontrado e"idencias muy #uertes de #ormas de "ida unicelulares #osiliadas en microestructuras en rocas de la #ormación (trelley 5ool, en 6ustralia ccidental, con una antig7edad de 3,/ a. (e trataría de los #ósiles de c!lulas más antiguos encontrados $asta la #ec$a. E"idencias adicionales muestran que su metabolismo sería anaerobio y basado en el sul#uro. Existen dos grandes tipos celulares+ las procariotas 2que comprenden las c!lulas de arqueas y bacterias4 y las eucariotas 2di"ididas tradicionalmente
en animales y "egetales, si bien se incluyen además $ongos y protistas, que tambi!n tienen c!lulas con propiedades características4. La teoría celular, es una parte #undamental de la Biología que explica laconstitución de la materia "i"a a base de c!lulas y el papel que !stas tienen en la constitución de la "ida. El concepto moderno de la )eoría )eoría *elular se puede resumir en los siguientes principios+ 8 )odos )odos los seres "i"os están #ormados por c!lulas o por sus productos de secreción. La c!lula es la unidad estructural de la materia "i"a, y una c!lula puede ser sufciente para constituir un organismo. 8 )odas )odas las c!lulas proceden de c!lulas preexistentes, por di"isión de !stas 2mnis cellula e cellula 4. Es la unidad de origen de todos los seres "i"os. 8 Las #unciones "itales de los organismos ocurren dentro de las c!lulas, o en su entorno inmediato, controladas por sustancias que ellas secretan. *ada c!lula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su medio. En una c!lula caben todas las #unciones "itales, de manera que basta una c!lula para tener un ser "i"o 2que será un ser "i"o unicelular4. 6sí pues, la c!lula es la unidad fsiológicade la "ida. 8 *ada c!lula contiene toda la in#ormación $ereditaria necesaria para el control de su propio ciclo y del desarrollo y el #uncionamiento de un organismo de su especie, así como para la transmisión de esa in#ormación a la siguiente generación celular. 6sí que la c!lula tambi!n es la unidad gen!tica.
3.%.% 9i"eles de organiación de los seres "i"os y biomoleculas presentes en las c!lulas+ #unción de carbo$idratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. 9i"eles de organiación de los seres "i"os La materia se organia en di#erentes ni"eles de comple-idad creciente denominados ni"eles de organiación. *ada ni"el proporciona a la materia propiedades que no se encuentran en los ni"eles in#eriores. Los ni"eles de organiación de la materia se pueden agrupar en abióticos y bióticos. Los abióticos abarcan tanto a la materia inorgánica como a los seres "i"os, mientras que los bióticos sólo se encuentran en los seres "i"os. Los ni"eles de organiación abióticos son+ 8 9i"el subatómico, #ormado por las partículas constituyentes del átomo 2protones, neutrones y electrones4.
en animales y "egetales, si bien se incluyen además $ongos y protistas, que tambi!n tienen c!lulas con propiedades características4. La teoría celular, es una parte #undamental de la Biología que explica laconstitución de la materia "i"a a base de c!lulas y el papel que !stas tienen en la constitución de la "ida. El concepto moderno de la )eoría )eoría *elular se puede resumir en los siguientes principios+ 8 )odos )odos los seres "i"os están #ormados por c!lulas o por sus productos de secreción. La c!lula es la unidad estructural de la materia "i"a, y una c!lula puede ser sufciente para constituir un organismo. 8 )odas )odas las c!lulas proceden de c!lulas preexistentes, por di"isión de !stas 2mnis cellula e cellula 4. Es la unidad de origen de todos los seres "i"os. 8 Las #unciones "itales de los organismos ocurren dentro de las c!lulas, o en su entorno inmediato, controladas por sustancias que ellas secretan. *ada c!lula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su medio. En una c!lula caben todas las #unciones "itales, de manera que basta una c!lula para tener un ser "i"o 2que será un ser "i"o unicelular4. 6sí pues, la c!lula es la unidad fsiológicade la "ida. 8 *ada c!lula contiene toda la in#ormación $ereditaria necesaria para el control de su propio ciclo y del desarrollo y el #uncionamiento de un organismo de su especie, así como para la transmisión de esa in#ormación a la siguiente generación celular. 6sí que la c!lula tambi!n es la unidad gen!tica.
3.%.% 9i"eles de organiación de los seres "i"os y biomoleculas presentes en las c!lulas+ #unción de carbo$idratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. 9i"eles de organiación de los seres "i"os La materia se organia en di#erentes ni"eles de comple-idad creciente denominados ni"eles de organiación. *ada ni"el proporciona a la materia propiedades que no se encuentran en los ni"eles in#eriores. Los ni"eles de organiación de la materia se pueden agrupar en abióticos y bióticos. Los abióticos abarcan tanto a la materia inorgánica como a los seres "i"os, mientras que los bióticos sólo se encuentran en los seres "i"os. Los ni"eles de organiación abióticos son+ 8 9i"el subatómico, #ormado por las partículas constituyentes del átomo 2protones, neutrones y electrones4.
8 9i"el atómico, compuesto por los átomos que son la parte más pequea de un elemento químico. E-emplo+ el átomo de $ierro o el de carbono. 8 9i"el molecular, #ormado por las mol!culas que son agrupaciones de dos o más átomos iguales o distintos. :entro de este ni"el se distinguen las macromol!culas, #ormadas por la unión de "arias "ari as mol!culas, los comple-os supramoleculares y los orgánulos #ormados por la unión de comple-os supramoleculares que #orman una estructura celular con una #unción.
Los ni"eles de organiación bióticos son+ 89i"el celular, que comprende las c!lulas, unidades más pequeas de la materia "i"a. 89i"el te-ido, o con-unto de c!lulas que desempean una determinada #unción. 89i"el órgano, #ormado por la unión de distintos te-idos que cumplen una #unción. 89i"el aparato y sistema, constituido por un con-unto de órganos que colaboran en una misma #unción. 89i"el indi"iduo, organismo #ormado por "arios aparatos o sistemas. 89i"el población, con-unto de indi"iduos de la misma especie que "i"en en una misma ona y en un mismo tiempo. 89i"el comunidad, con-unto de poblaciones que comparten un mismo espacio. 8Ecosistema, con-unto de comunidades, el medio en el que "i"en y las relaciones que establecen entre ellas. 8Biomoleculas presentes en las c!lulas+ #unción de carbo$idratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
Biomoleculas+ (eg;n la naturalea química, las biomol!culas pueden ser+ Biomol!culas inorgánicas (on biomol!culas no #ormadas por los seres "i"os, pero imprescindibles para ellos, como el agua, la biomol!cula más abundante, los gases 2oxígeno, dióxido de carbono4 y las sales inorgánicas+ aniones como #os#ato 2<5/=4, bicarbonato 2<*3=4 y cationes como el amonio 294.
Biomol!culas orgánicas o principios inmediatos ?editar@(on sintetiadas solamente por los seres "i"os y tienen una estructura a base de carbono. Están constituidas principalmente por carbono, $idrógeno y oxígeno, y con #recuencia están tambi!n presentes nitrógeno, #ós#oro y au#re otros elementos son a "eces incorporados pero en muc$a menor proporción.
Las biomol!culas orgánicas pueden agruparse en cuatro grandes tipos+
8*arbo$idratos Los carbo$idratos, tambi!n llamados gl;cidos, se pueden encontrar casi de manera exclusi"a en alimentos de origen "egetal. *onstituyen uno de los tres principales grupos químicos que #orman la materia orgánica -unto con las grasas y las proteínas.
8Lípidos Los lípidos saponifcables cumplen dos #unciones primordiales para las c!lulas por una parte, los #os#olípidos #orman el esqueleto de las membranas celulares 2bicapa lipídica4 por otra, los triglic!ridos son el principal almac!n de energía de los animales. Los lípidos insaponifcables y los isoprenoides desempean #unciones reguladoras 2colesterol, $ormonas sexuales, prostaglandinas4.
85roteínas Las proteínas son las biomol!culas que más di"ersidad de #unciones realian en los seres "i"os prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia yAo acti"idad. (on proteínas casi todas las enimas, cataliadores de reacciones metabólicas de las c!lulas muc$as $ormonas, reguladores de acti"idades celulares la $emoglobina y otras mol!culas con #unciones de transporte en la sangre anticuerpos, encargados de acciones de de#ensa natural contra in#ecciones o agentes extraos los receptores de las c!lulas, a los cuales se f-an mol!culas capaces de desencadenar una respuesta determinada la actina y la miosina, responsables fnales del acortamiento del m;sculo durante la contracción el colágeno, integrante de fbras altamente resistentes en te-idos de sost!n.
8cidos nucleicos
Los ácidos nucleicos, 6:9 y 6&9, desempean, tal "e, la #unción más importante para la "ida+ contener, de manera codifcada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y #uncionamiento de la c!lula. El 6:9 tiene la capacidad de replicarse, transmitiendo así dic$as instrucciones a las c!lulas $i-as.
3.%.3 *!lulas procariotas, eucariotas+ estructura y #unción. 8La c!lula procariota Las c!lulas procariotas son pequeas y menos comple-as que las eucariotas. *ontienen ribosomas pero carecen de sistemas de endomembranas 2esto es, orgánulos delimitados por membranas biológicas, como puede ser el n;cleo celular4. 5or ello poseen el material gen!tico en el citosol. 5or lo general podría decirse que los procariotas carecen de citoesqueleto, sin embargo se $a obser"ado que algunas bacterias, poseen proteínas tales como CreB y mbl que act;an de un modo similar a la actina y son importantes en la mor#ología celular. :e gran di"ersidad, los procariotas sustentan un metabolismo extraordinariamente comple-o, en algunos casos exclusi"os de ciertos taxa, como algunos grupos de bacterias, lo que incide en su "ersatilidad ecológica.
85aredes celulares Es una estructura rígida adosada a la cara externa de la membrana plasmática, que rodea totalmente a la c!lula. (e trata de una estructura com;n a todas las bacterias, con excepción del micro plasmas, un grupo de parásitos intracelulares. La pared celular cumple las siguientes #unciones+ Cantiene la #orma de la c!lula 5osee componentes con capacidad antig!nica &egula el intercambio con el exterior, principalmente la membrana externa llamada ram. negati"as. 5roporciona carga negati"a a la superfcie celular.
En"olturas externas 6lgunas bacterias tienen cubiertas mucosas en el exterior de la pared celular, compuesta por polisacáridos y, en ocasiones proteínas, que se denominan cápsulas 2más gruesas y ad$eridas frmemente a la c!lula4 y capas mucosas 2más fnas4
8*itoplasma El citoplasma está #ormado por una matri gelatinosa, el protoplasma, con un alto contenido en agua y de aspecto granuloso, que contiene proteínas y enimas y alberga los ribosomas D( característicos de estas c!lulas.
8&ibosomas Están #ormados por dos subunidades #ormadas por 6&9 y proteínas. Están relacionados con la síntesis de proteínas. Estos orgánulos celulares, son los ;nicos que podemos encontrar en todos los tipos de c!lulas.
89ucleoides En la c!lula procariota, el material gen!tico se encuentra en el nucleoide, ona situada en la región central del citoplasma, de aspecto fbrilar, que no está protegida por una membrana nuclear.
8Flagelos *onstituyen los órganos de locomoción, cuyo n;mero y disposición "aría de unas bacterias a otras. Esto constituye uno de los muc$os criterios de clasifcación de las c!lulas 5rocariotas. Está #ormado por+ Gn flamento rígido y cur"ado, constituido por una proteína, llamada Hagelina.
Gn codo o ganc$o que une el flamento a la superfcie de la c!lula Gna estructura basal compuesta por una serie de anillos
Fimbrias y pelos Las fmbrias y los pelos son ap!ndices externos que no inter"ienen en el mo"imiento de las bacterias. Las fmbrias son cortas, fnas y numerosas en algunas bacterias, y tienen una #unción ad$esi"a Los pelos, de mayor longitud, son poco numerosos y están implicados en la unión de dos c!lulas durante la con-ugación bacteriana.
8La c!lula eucariota Las c!lulas eucariotas son el exponente de la comple-idad celular actual. 5resentan una estructura básica relati"amente estable caracteriada por la presencia de distintos tipos de orgánulos intracitoplasmáticos especialiados, entre los cuales destaca el n;cleo, que alberga el material gen!tico. Especialmente en los organismos pluricelulares, las c!lulas pueden alcanar un alto grado de especialiación. :ic$a especialiación o di#erenciación es tal que, en algunos casos, compromete la propia "iabilidad del tipo celular en aislamiento. 6sí, por e-emplo, las neuronas dependen para su super"i"encia de las c!lulas gliales. 5or otro lado, la estructura de la c!lula "aría dependiendo de la situación taxonómica del ser "i"o+ de este modo, las c!lulas "egetales diferen de las animales, así como de las de los $ongos. 5or e-emplo, las c!lulas animales carecen de pared celular, son muy "ariables, no tiene plastos, puede tener "acuolas pero no son muy grandes y presentan centriolos 2que son agregados de microt;bulos cilíndricos que contribuyen a la #ormación de los cilios y los Hagelos y #acilitan la di"isión celular4. Las c!lulas de los "egetales, por su lado, presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa4, disponen de plastos como cloroplastos 2orgánulo capa de realiar la #otosíntesis4, cromoplastos 2orgánulos que acumulan pigmentos4 o leucoplastos 2orgánulos que acumulan el almidón #abricado en la #otosíntesis4, poseen "acuolas de gran tamao que acumulan sustancias de reser"a o de desec$o producidas por la c!lula y fnalmente cuentan tambi!n con plasmodesmos, que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma de una c!lula a otra.
8Cembrana celular
La c!lula está rodeada por una membrana, denominada Imembrana plasmáticaI. La membrana delimita el territorio de la c!lula y controla el contenido químico de la c!lula. En la composición química de la membrana entran a #ormar parte lípidos, proteínas y gl;cidos en proporciones aproximadas de /J, 0J y 1J, respecti"amente. Los lípidos #orman una doble capa y las proteínas se disponen de una #orma irregular y asim!trica entre ellos. Estos componentes presentan mo"ilidad, lo que confere a la membrana un ele"ado grado de Huide.
85ared celular Las c!lulas "egetales poseen una en"uelta externa a la membrana plasmática, altamente organiada y rígida, que constituye la pared celular y cumple las siguientes #unciones+ *onfere rigide al "egetal y contribuye al mantenimiento de la #orma celular. Gne las c!lulas adyacentes, conectando las c!lulas de los te-idos "egetales. 5osibilita el intercambio de Huidos y la comunicación intracelular 5ermite a las c!lulas "egetales "i"ir en el medio $ipotónico de la planta, impidiendo que !stas se $inc$en y lleguen a estallar. Kmpermeabilia la superfcie "egetal en algunos te-idos, para e"itar la p!rdida de agua.
8*itoplasma *uando se obser"a la c!lula con un microscopio óptico, es posible distinguir una ona comprendida entre el n;cleo y la membrana celular+ el citoplasma (i obser"amos la misma c!lula con un microscopio electrónico, se pueden apreciar en su interior una serie de elementos di#erenciados, denominados orgánulos )ambi!n se encuentra inmerso en este Huido el citoesqueleto, compuesto por una serie de flamentos, cuya #unción consiste en mantener la #orma de la c!lula.
8*itosol y citoesqueleto )oda la porción citoplasmática que carece de estructura y constituye la parte líquida del citoplasma, recibe el nombre de citosol por su aspecto Huido, tambi!n llamado $ialoplasma. En !l se encuentran las mol!culas necesarias para el mantenimiento celular.
8El citoesqueleto *onsiste en una serie de fbras que da #orma a la c!lula, y conecta distintas partes celulares, como si se tratara de "ías de comunicación celulares. Es una estructura en continuo cambio. Formado por tres tipos de componentes+
8Cicrot;bulos (on flamentos largos, #ormados por la proteína tubulina. (on los componentes más importantes del citoesqueleto. Los microt;bulos se encuentran en abundancia en la mayoría de las c!lulas eucariotas y desempean en ellas #unciones "itales. 5ueden #ormar asociaciones estables tales como+
8*entríolos (on dos pequeos cilindros localiados en el interior del centrosoma, exclusi"os de c!lulas animales. *ilios y Hagelos (on delgadas prolongaciones celulares mó"iles que presentan básicamente la misma estructura, la di#erencia entre ellos es que los cilios son muc$os y cortos, mientras que los Hagelos son pocos y más largos.
8Cicroflamentos de actina (e sit;an principalmente en la peri#eria celular, deba-o de la membrana y están #ormados por $ebras de la proteína actina, trenadas en $!lice, cuya estabilidad se debe a la presencia de 6)5 e iones de calcio. 6sociados a los flamentos de miosina, son los responsables de la contracción muscular.
8Filamentos intermedios Los flamentos intermedios son componentes del citoesqueleto especialmente abundantes en las c!lulas animales. Formados por di"ersos tipos de proteínas. (on polímeros muy estables y resistentes. Especialmente abundantes en el citoplasma de las c!lulas sometidas a #uertes tensiones mecánicas 2queratina, desmina4 ya que su #unción consiste en repartir las tensiones, que de otro modo podrían romper la c!lula. :istribución en el citoplasma de los flamentos del citoesqueleto
8&ibosomas Los ribosomas son orgánulos intracitoplasmáticos compuestos por 6&9 y por proteínas, que participan en la síntesis proteica. Están constituidos por dos subunidades+ una subunidad grande, con %'3 mol!culas de 6&9 y proteínas, y una subunidad pequea, con un solo tipo de 6&9 asociado a proteínas. 6mas subundiades #orman un surco, al que se asocia la proteína que se está sintetiando, y un segundo surco, en el que se alo-a el 6&9.
8&etículo endoplasmatico Está #ormado por una red de membranas que #orman cisternas, saculos y tubos aplanados. :elimita un espacio interno llamado l;men del retículo y se $alla en continuidad estructural con la membrana externa de la en"oltura nuclear.
86parato de golgi :escubierto por *. olgi en 1M, consiste en un con-unto de estructuras de membrana que #orma parte del elaborado sistema de membranas interno de las c!lulas. (e encuentra más desarrollado cuanto mayor es la acti"idad celular. La unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una "esícula o cisterna aplanada. *uando una serie de sáculos se apilan, #orman un dictiosoma. 6demás, pueden obser"arse toda una serie de "esículas más o
menos es#!ricas a ambos lados y entre los sáculos. El con-unto de todos los dictiosomas y "esículas constituye el aparato de olgi.
8Lisosomas Los lisosomas tienen una estructura muy sencilla, seme-antes a "acuolas, rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enimas digesti"as que degradan todas las mol!culas inser"ibles para la c!lula. Funcionan como IestómagosI de la c!lula y además de digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior, "acuolas digesti"as, ingieren restos celulares "ie-os para digerirlos tambi!n, llamados entonces "acuolas auto#ágicas.
8Nacuolas Las "acuolas son orgánulos citoplasmáticos rodeados de membrana y con un ele"ado contenido $ídrico, en los que se acumulan di"ersas sustancias. Las c!lulas "egetales poseen una "acuola de gran tamao 2ocupa entre el 3 y el MJ del "olumen celular4, cuya membrana se denomina tonoplasto, con un contenido lípido de naturalea "ariable. (us #unciones son incrementar la superfcie de la c!lula, y por tanto la capacidad de intercambio con el exterior sir"e de almac!n de reser"a para gran cantidad de sustancias, además contiene enimas lisosómicas. 8*loroplasto Los cloroplastos son orgánulos exclusi"os de las c!lulas "egetales. En ellos tiene lugar la #otosíntesis, proceso en el que se trans#orma la energía lumínica en energía química, almacenada en mol!culas 6)5 y mol!culas reductoras 296:5<4, que se utiliarán posteriormente para sintetiar mol!culas orgánicas.
85eroxisomas Los peroxisomas son orgánulos implicados en las reacciones de oxidación.
(u mor#ología es seme-ante a la de los lisosomas+ constituyen "esículas es#!ricas de diámetro "ariable, delimitadas por una membrana ;nica y con una matri densa, de aspecto granular.
8Citocondrias Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la acti"idad celular, act;an por tanto, como centrales energ!ticas de la c!lula y sintetian 6)5 a expensas de los carburantes metabólicos 2glucosa, ácidos grasos y aminoácidos4.
3.%./ 5rocesos fsiológicos, transporte molecular a tra"!s de la membrana celular y su incidencia en aspectos metabólicos 2#otosíntesis, respiración, reproducción y #ermentación4.
,>4 5er-udiciales para las dos especies 2 >, ' 4 Benefciosa para una y per-udicial para otra 2 >, ' 4 Benefciosa para una e indi#erente para la otra 2 >, 4
' CG)G6LK(C+ 2 >,>4 6mbas especies salen benefciadas con la asociación. 9o es una unión íntima sino una asociación. E-. Cusgo y árboles, poliniación y dispersión de las semillas 2animales y plantas4, pá-aros desparasitadotes de grandes $erbí"oros.
' (KCBK(K(+ 2 >, >4 )ambi!n es benefciosa para ambos organismos, pero en este caso la unión es estructural y permanente para ambos. E-. Bacterias de la Hora intestinal, líquenes 2asociación de alga y $ongo4.
' *CE9(6LK(C+ 2 >, 4 Gna especie se apro"ec$a de los desperdicios de-ados por otras especies, restos de alimentos, mudas, descamaciones,.... 5ara uno de ellas es benefcioso, la otra especie no sale per-udicada. E-. Las espon-as tienen en
su interior animales más pequeos que se alimentan de los restos de la comida y se protegen. Los cangre-os ermitaos usan las caracolas marinas "acías para instalarse, tambi!n -unto a ellos anidan gusanos que apro"ec$an los desperdicios del cangre-o. *arroeros. *uando una especie utilia a otra como lugar para "i"ir o criar $ablamos de K9XGKLK9K(C.
' :E5&E:6*KQ9+ 2 >, '4 En este caso una de las especies sale claramente per-udicada, ya que sir"e de alimento para la otra especie. (e trata de dos especies de "ida libre. 9o $ay una relación anterior y directa entre ambos 5odemos di#erenciar "arios tipos de depredadores, entre ellos+
', '4 Los parásitos son depredadores muy especialiados, que no causan la muerte del $u!sped de los que toman el alimento, pero si los debilitan. La relación entre parásito y $ospedador suele mantenerse en equilibrio ya que de morir el $u!sped, moriría tambi!n el parásito.
