Guia de Biología

DIRECCIÓN ACADÉMICA
DEPARTAMENTO DE DESARROLLO
ACADÉMICO
12° ENCUENTRO ACADÉMICO, CULTURAL Y
DEPORTIVO INTERBACHILLERES 2014
CONCURSO DE CONOCIMIENTOS 2014
GUÍA DE ENTRENAMIENTO
DISCIPLINA: BIOLOGÍA
Octubre de 2013
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2
ÍNDICE
Contenido
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 4
ENZIMAS .............................................................................................................................................. 5
ACTIVIDADES ................................................................................................................................... 8
RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………………………………………….9
METABOLISMO CELULAR .................................................................................................................... 9
LAS COENZIMAS, LAS VITAMINAS Y EL METABOLISMO ................................................................ 10
RUTAS O VÍAS METABÓLICAS ........................................................................................................ 11
RESPIRACIÓN CELULAR...................................................................................................................... 12
GLUCÓLISIS .................................................................................................................................... 12
CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS, CICLO DE KREBS O CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO............ 13
RECOMENDACIONES ................................................................................................................... 15
FOTOSÍNTESIS Y QUIMIOSÍNTESIS ..................................................................................................... 15
FOTOSÍNTESIS ................................................................................................................................ 15
PIGMENTOS PRIMARIOS Y ACCESORIOS ....................................................................................... 19
PLANTAS CON METABOLISMO C3, C4 Y CAM .............................................................................. 21
QUIMIOSÍNTESIS ........................................................................................................................... 22
ACTIVIDADES ................................................................................................................................. 23
ETOLOGÍA .......................................................................................................................................... 24
COMUNICACIÓN............................................................................................................................ 24
EL PEZ COLA DE ESPADA DE MOCTEZUMA ................................................................................... 25
COMPETENCIA ESPERMÁTICA ....................................................................................................... 26
EL CASO DE LAS LIBÉLULAS O CABALLITOS DEL DIABLO ............................................................... 26
CUIDADO PARENTAL ..................................................................................................................... 27
BIORRITMOS O RITMOS BIOLÓGICOS ........................................................................................... 27
RECOMENDACIONES ………………………………………………………………………………………………………………..29
3
INTRODUCCIÓN
La presente guía va dirigida a los estudiantes que participarán en el concurso de
conocimientos 2014 en la disciplina Biología, en su fase regional. Esta guía es un apoyo
adicional a los Diarios de Aprendizaje de Biología I y Biología II por lo cual se recomienda
estudiarla en su totalidad, así como realizar las actividades que se proponen y tomar en
cuenta las recomendaciones, ya que ello les permitirá tener un mayor conocimiento sobre
los procesos biológicos existentes.
En la guía se desarrolla la teoría, se proponen actividades y recomendaciones de los
temas:

Enzimas

Metabolismo celular

Respiración celular

Fotosíntesis y quimiosíntesis

Etología
Es conveniente mencionar que esta guía es un material didáctico complementario a los
diarios de aprendizaje, por tal motivo, únicamente integra los temas que en los diarios
de aprendizaje se abordan de manera superficial. Sin embargo, los estudiantes deben
tener presente que para el examen es necesario contemplar todos los temas indicados
en el temario y con la finalidad de brindar mayor información que contribuya en el
proceso de preparación de los estudiantes, se sugiere consultar los sitios web que se
indican en las recomendaciones.
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ENZIMAS
En todo momento en nuestro organismo ocurren reacciones químicas; en las plantas, los
animales y en todo ser vivo sucede lo mismo; para que se lleven a cabo la mayoría de
estas reacciones la acción de las enzimas es fundamental.
En productos que encontramos en la casa, también se encuentran presentes éstas
moléculas: en quesos, ablandadores de carne y detergentes.
Las enzimas son biomoléculas que se comportan como catalizadores muy potentes y
eficaces de las reacciones químicas en los sistemas biológicos. Una enzima es una
proteína de estructura primaria y secundaria definida. La estructura primaria está
determinada por la secuencia de los aminoácidos, en tanto que la estructura secundaria
esta relacionada con el arreglo en el espacio, el cual depende de los puentes de
hidrógeno.
Figura 1. Enzima
Para que una reacción química ocurra se requiere de la energía de activación, la cantidad
de energía necesaria se reduce por la actividad enzimática porque logra acelerar los
procesos químicos que ocurren en las células. Algunas veces la adición de energía no es
necesaria porque esta presente la enzima.
El sitio activo de una enzima es la región que se une temporalmente al sustrato durante la
reacción catalizada, este sitio se forma por grupos específicos de aminoácidos y el resto
de la proteína se requiere para mantener su integridad tridimensional; una enzima puede
contener uno o más sitios activos. El sustrato es la sustancia en la cual actúa una
enzima, que se ajusta con precisión al sitio activo. La conformación de una enzima puede
cambiar sólo temporalmente en el curso de una reacción.
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Holoenzima: Es el complejo enzima-cofactor catalíticamente activo.
Apoenzima: Es la proteína catalíticamente inactiva cuando se separa el cofactor.
Coenzima: Molécula orgánica no proteica o un ión que se une débilmente a la enzima,
necesaria para la acción enzimática.
Figura 2. Constituyentes de una enzima.
Figura 3. Complejo enzima-sustrato.
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La temperatura y el pH influyen en la velocidad de las reacciones enzimáticas, porque
afectan la atracción entre los aminoácidos de la molécula proteica y también entre el sitio
activo y el sustrato. Muchas enzimas requieren de cofactores, que pueden ser iones
simples, tales como Mg2+ o Ca2+, o como moléculas orgánicas no proteicas conocidas
como coenzimas. Muchas coenzimas, como el NAD, funcionan como transportadores de
electrones, y diferentes coenzimas mantienen a los electrones en niveles energéticos
ligeramente distintos. Muchas vitaminas son parte de coenzimas.
Las enzimas intracelulares generalmente poseen un solo sustrato y las extracelulares
actúan sobre un grupo de sustratos similares o relacionados.
Para explicar la interacción entre la enzima y el sustrato existen dos hipótesis:
1) En 1890, Emil Fischer propuso un modelo de llave-cerradura para explicar la
especificidad de las enzimas, la cual propone que el sitio activo es rígido y
corresponde a la cerradura; la llave es el sustrato.
2) En 1958, Daniel Koshland propuso el modelo del ajuste o acoplamiento inducido o
también llamado de la mano y el guante; explica que la especificidad radica en los
aminoácidos de unión del sitio activo que establecen enlaces débiles con el
sustrato, cuando la enzima se fija, tiene libertad para cambiar su forma y
amoldarse al sustrato, para que el sitio activo se encuentre situado correctamente.
Figura 4. Modelos enzimáticos.
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Muchas enzimas se denominan agregando el sufijo “asa” al nombre del sustrato o una
palabra que describe su actividad. Ejemplos:
Pectinasa: degrada la pectina de la pared celular de las plantas.
Ureasa: hidroliza la urea.
ADN polimerasa: cataliza la síntesis del ADN.
El nombre de algunas enzimas no consideran esta terminación como: tripsina y pepsina,
su función son degradar las proteínas.
En la industria alimentaria, farmacéutica y petrolera las enzimas son utilizadas para
optimizar los procesos de elaboración u obtención de diversos productos. En
biotecnología existe una línea de investigación denominada biocatálisis, donde se llevan a
cabo experimentos con enzimas como los siguientes ejemplos: la enzima peroxidasa que
cataliza reacciones para retirar los compuestos azufrados del petróleo, lo que coadyuvaría
a un ahorro de energía y minimizar la emisión de contaminantes de esta industria.
También se investigan los efectos de las enzimas para degradar los fragmentos de bolsas
de plástico inadecuadamente nombradas “biodegradables” para reducir el tiempo de
desintegración de este material y evitar que la fauna marina se afecte por estos residuos.
En los ingenios azucareros un residuo es la dextrana que forma lodo y obstruye las
tuberías, utilizando la dextranasas se puede eliminar el lodo que se genera.
En el cuadro 1 se muestran algunas enzimas importantes utilizadas en la industria:
ENZIMAS USADAS EN LOS PROCESOS DE LA INDUSTRIA AGROALIMENTARIA
PRODUCTO
ENZIMAS
Cerveza
Alfa-amilasa, Beta-glucanasa, Proteasa (Bacillus), Papaína,
Amiloglucosidasa, Pululanasa, Xilanasa
Leche
Proteasa ácida animal, Proteasa ácida fúngica, Lactasa, Lipasa,
Lisozima
Pan
Alfa-amilasa, Xilanasa, Proteasa (fúngica), Proteasa (Bacillus),
Fosfolipasas A y D, Lipooxígenasa
Fruta y Hortalizas
Pectinasas, Arabinasa, Hemicelulasa
Almidón y Azúcar
Alfa-amilasa, Beta-amilasa, Glucoamilasa, Isomerasa, Pululanasa,
Isoamilasa, Oligoamilasa, Cicloglucosiltransferasa, Xilanasa
CUADRO 1. Enzimas utilizadas en la industria.
ACTIVIDADES
1. Identifica cuales son los componentes y funciones de una enzima.
2. ¿Cuáles son las condiciones para que una enzima se active?
3. Distingue y dibuja la relación entre las enzimas y el metabolismo.
4. Complementa la siguiente tabla:
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Enzima
Bromelina
Amilasa
Se encuentra en:
Función
Facilita la digestión de la lactosa
Papa
Producir ATP a partir del ADP y el fosfato
RECOMENDACIONES
En este link http://www.kscience.co.uk/animations/enzyme_model.htmm podrás simular
una reacción enzimática.
http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/enzyme_binding/enzy
me_binding.htm. Aquí encontrarás una animación sobre el complejo enzimático.
METABOLISMO CELULAR
Figura 5. Constituyentes del metabolismo.
Es el conjunto de reacciones químicas acopladas e interconectadas, se inicia con una
molécula específica para convertirla en otra u otras.
El metabolismo se divide en catabolismo y anabolismo:
Catabolismo: es la parte del metabolismo que a través de las reacciones químicas de un
organismo vivo degrada los sustratos y se obtienen moléculas que liberan energía. Por
tanto sus funciones son:
1. Liberar la energía que será usada por el anabolismo y otros trabajos de la célula.
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2. Suministrar la materia prima que será usada en los procesos anabólicos
Anabolismo: en esta etapa las reacciones químicas conducen a la síntesis de los
compuestos necesarios para el crecimiento, el desarrollo o el mantenimiento de un
organismo.
En los procesos metabólicos intervienen reacciones de oxido-reducción, por tanto, un
compuesto o molécula cede electrones por lo que ocurre la oxidación y el compuesto que
recibe los electrones se reduce.
Existen muchas sustancias que componen a un organismo que una considerable
proporción se desconoce, sobre todo en el caso de los organismos unicelulares.
El catabolismo de las moléculas pequeñas, como la glucosa, los ácidos grasos o los
aminoácidos, logra transformar la energía de sus enlaces químicos en la energía de los
enlaces del ATP y otras sustancias, que proporcionan en forma directa la energía que
requieren las células para todas sus funciones. Además, los procesos de síntesis, tanto
de moléculas sencillas como de macromoléculas, requieren energía, la cual proviene del
ATP y del llamado poder reductor que tienen las moléculas llamadas NADH y NADPH,
entre otras.
Figura 6. El anabolismo y catabolismo.
LAS COENZIMAS, LAS VITAMINAS Y EL METABOLISMO
En algunas reacciones del metabolismo, intervienen las coenzimas (además de las
enzimas) donde están presentes las vitaminas. A continuación las describimos:
Nicotinamida. La componen dos coenzimas, el nicotín adenín dinucleótido (NAD) y el
nicotín adenín dinucleótido fosfato (NADP). Es la que porta los hidrógenos y sus
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electrones en muchas reacciones de oxidación, y se utiliza para la síntesis de algunas
moléculas o en las transformaciones de energía en ATP.
Riboflavina. Esta vitamina es componente de dos coenzimas relacionadas también con el
transporte de los electrones en la cadena respiratoria: el flavín adenín mononucleótido y el
flavín adenín dinucleótido. También participa en la cadena que transporta hidrógenos y
electrones.
Ácido pantoténico. Es parte de la llamada coenzima A. Participa en el metabolismo de
los ácidos grasos, pero muy especialmente en el de los fragmentos de dos átomos de
carbono, que constituye la acetil coenzima A.
Tiamina. Esta vitamina participa en reacciones en las que algunos ácidos pierden su
carboxilo (grupo-COOH). Las enzimas encargadas del proceso se llaman
descarboxilasas.
Piridoxina. Participa en las reacciones de transferencia de grupos amínicos de los
aminoácidos, como coenzima de diversas transaminasas.
RUTAS O VÍAS METABÓLICAS
Una vía metabólica consiste en una serie de reacciones bioquímicas en una secuencia
específica, pueden requerir o liberar energía; donde la participación de las enzimas es
esencial. Existen reacciones que pueden ser reversibles, pero al menos una reacción es
irreversible. Ejemplos de vías metabólicas son: la biosíntesis de carbohidratos, lípidos y
los ácidos nucleicos.
En esta guía abordaremos el metabolismo de los carbohidratos. Existen dos caminos para
una molécula de glucosa cuando ingresa a un organismo:
1) Se puede incorporar en los compuestos de reserva, en animales a una molécula
existente de glucógeno; en vegetales la molécula puede convertirse en almidón.
2) La degradación para la obtención de energía.
Figura 7. Almacenamiento de glucógeno.
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RESPIRACIÓN CELULAR
Este proceso implica la producción de ATP usando la energía liberada por la oxidación de
la glucosa, grasas y otras sustancias. La ecuación química que la representa es:
Cuando la glucosa es el sustrato, la primera etapa de la respiración celular es la glucólisis.
GLUCÓLISIS
Esta vía metabólica ocurre en el citoplasma de la célula y es catalizada por diferentes
enzimas; existe una oxidación parcial debido a que este proceso puede estar presente en
la respiración aerobia o en la respiración anaerobia.
A continuación se describen las dos fases del proceso:
1) La glucosa es fosforilada con el gasto energético de una molécula de ATP para
dar glucosa-6-fosfato, la cual se isomeriza para formar fructosa-6-fosfato. A partir
de la fructosa-6-fosfato y con gasto de otra molécula de ATP se forma la fructosa1,6-bifosfato. En total, hasta esta parte se gastan dos moléculas de ATP. Esta es
una reacción irreversible en la que intervienen la glucosa y el ATP, además de ser
indispensable el catión Mg2+.
2) La fructuosa 1, 6 bifosfato se divide en dos moléculas de tres carbonos cada una
gliceraldehido 3 fosfato y dihidroxicetona fosfato, esta triosa se convertirá a su vez,
en gliceraldehido 3 fosfato. Las dos moléculas de gliceraldehído sustiyen el
hidrógeno del grupo funcional aldehído por un grupo fosfato, los hidrógenos son
aceptados por la coenzima NAD para transformarse en NAD + H+. Las dos
moléculas de gliceraldehido se convierten 1, 3 bifosfoglicerato, que pierden los
fosfatos del carbono 1, que da paso a que dos moléculas de ADP se conviertan en
ATP. Las tres reacciones subsecuentes hacen posible que las moléculas alcancen
un alto nivel energético que permite la liberación de fosfatos para formar otras dos
moléculas de ATP.
Al final de la glucólisis se forman dos moléculas de piruvato y dos moléculas de NADH, y
su destino final depende de la presencia o ausencia de oxígeno en el medio celular.
En presencia de oxígeno (respiración aerobia); en ausencia de oxígeno (respiración
anaerobia) el aceptor de electrones provenientes del NADH, la sustancia resultante es el
ácido láctico y el proceso es la fermentación láctica.
En la fermentación alcohólica, una enzima convierte el piruvato en acetaldehído y otra
enzima transforma este compuesto en alcohol. La importancia de la fermentación radica
en que, en primer lugar, es la vía metabólica responsable de la producción de los
diferentes tipos de bebidas alcohólicas que existen en el mundo. Independientemente de
la importancia económica de las bebidas alcohólicas, el alcohol es un solvente industrial,
que se ha utilizado como combustible sustituto de la gasolina.
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Figura 8. Glucólisis
CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS, CICLO DE KREBS O CICLO DEL
ÁCIDO CÍTRICO.
El acetil-CoA provenientes del metabolismo de glúcidos o carbohidratos, ácidos grasos y
de los aminoácidos, se incorpora al ciclo de los ácidos tricarboxilicos. Los grupos acetilo,
del acetil CoA son degradados por enzimas para formar dos moléculas de CO2 y cuatro
pares de hidrógeno en forma enlazada, donde se inicia el proceso de transporte de
electrones hasta O2, en el cual se libera energía que es utilizada para la fosforilación
oxidativa, donde el ADP se fosforila para dar paso al ATP. Esta ruta metabólica lleva a
cabo en la matriz mitocondrial.
Muchos de los intermediarios del ciclo se forman de otras sustancias, como por ejemplo,
el cetoglutarato del glutamato, o el oxaloacetato del aspartato. De esta forma se
constituye en el mecanismo de conexión de diferentes vías metabólicas.
Otras funciones del ciclo de Krebs


Es la fuente de enzimas reducidas que alimentan la cadena respiratoria para la
producción de ATP.
Dirige el exceso de energía y muchos intermediarios hacia la síntesis de ácidos
grasos.
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

Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos.
Es la vía común para la degradación metabólica de Carbohidratos, Lípidos y
Proteínas.
Figura 9. Ciclo de Krebs
ACTIVIDADES
1. Observa detenidamente el siguiente esquema y señala a que vía o vías
metabólicas corresponden.
2. Cuando realizamos ejercicio físico en exceso; nuestro organismo requiere de
energía, ¿cuál es la ruta metabólica que se lleva a cabo en nuestro cuerpo? ¿Por
qué al siguiente día nos duele el cuerpo? Fundamenta tu respuesta.
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3. ¿Cuál es la condición necesaria para que existe el proceso de fermentación?
4. ¿Cuál es la importancia del ciclo de Krebs?
5. El jaguar (Panthera onca) es un felino depredador que se alimenta de otros
animales como venados (Odocoileus virginianus), pecarí de collar (Tayassu tajacu)
y pecarí de labios blancos (Tayassu pecari); al comerlos el jaguar esta obteniendo
los nutrimentos necesarios para sus funciones vitales, es decir obtiene energía.
¿Qué vías metabólicas ocurren en el organismo del jaguar?
RECOMENDACIONES
En este link puedes encontrar una animación sobre el ciclo de Krebs.
http://www.maph49.galeon.com/respcel/review3.html
FOTOSÍNTESIS Y QUIMIOSÍNTESIS
Los seres vivos con nutrición autótrofa obtienen su energía a través de la fotosíntesis y de
la quimiosíntesis. A continuación se presenta un mapa conceptual sobre estos procesos.
Oxidación de
compuestos
inorgánicos
FOTOSÍNTESIS
Figura 10. Fotosíntesis y Quimiosíntesis
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La fotosíntesis es la conversión de energía lumínica en energía química realizada por
plantas, algas y algunas bacterias; desde la perspectiva química, es el proceso de fusión
de átomos y moléculas sencillas que produce otras más complejas, y estas, a su vez, con
el auxilio de otros mecanismos físicoquímicos y biológicos, participan en la constitución de
otras más complejas aún. Esquemáticamente, la conjunción del bióxido de carbono (CO2
presente en el aire), más el agua (H2O del suelo), más la clorofila en los cloroplastos vivos
(de las hojas y tallos), en condiciones de temperatura adecuada y la fracción de la “luz
útil” proveniente del sol, van a construir azúcares sencillos, como la glucosa y la fructuosa;
que son utilizados en sus procesos vitales. La ecuación química sencilla:
Las células fotosintéticas obtienen el carbono del CO2. Las células de las algas obtienen
el CO2 directamente del agua que las rodea.En las plantas, en cambio, el CO2 llega a las
células a través de unos poros especializados, llamados estomas, que se encuentran en
las hojas y tallos verdes.
La fotosíntesis (en su proceso inicial y final) es inversa a la respiración.
Luz
La clorofila es el pigmento que
convierte la energía lumínica a
energía química
Figura 11. Los cloroplastos del árbol absorben la energía lumínica.
Al romperse las moléculas de agua de su entorno se desprenden: Hidrógeno y electrones;
oxígeno. Esto determina una serie de reacciones que concluye en la síntesis de dos
moléculas. ATP y NADPH (dinucleótido de nicotinamida-adenina-fosfato, reducido).
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El cloroplasto es un organelo de las células vegetales que mide de 2-8 de longitud. Se
forma por una matriz gelatinosa en la que se disponen membranas denominadas GRANA,
donde se encuentra la clorofila en forma ordenada, lo cual permite el flujo de electrones y
síntesis de productos. Entre los factores limitantes de la fotosíntesis se encuentran la
intensidad lumínica y temperatura.
Existen dos etapas en el proceso de la fotosíntesis una fase dependiente de la luz
(reacciones luminosas) y una fase independiente de la luz también conocida como etapa
oscura o ciclo de Calvin-Benson. Para que pueda llevarse a cabo este ciclo se requiere la
presencia de ATP, NADPH (formado en la etapa luminosa)
Figura 12. Estructura del cloroplasto y las reacciones de la fotosíntesis
FASE LUMINOSA
La luz excita la liberación de electrones de la clorofila y produce la fotólisis del H2O, con la
consiguiente liberación de O2 que se desprende, mientras que el H2 se utiliza para la
reducción de NADP+ a NADPH. Se realiza en las membranas de los tilacoides.
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En esta fase intervienen dos fotosistemas:
FOTOSISTEMA I: la molécula reactiva de clorofila a se conoce como P700 llamada así
por el pico de absorción de luz.
FOTOSISTEMA II P680: la clorofila y otras moléculas están empaquetadas en los
tilacoides en unidades llamadas fotosistemas; cada unidad contiene 300 moléculas de
pigmentos, que sirven como antenas recolectoras de luz.
La energía lumínica entra al fotosistema II donde es atrapada por la molécula reactiva
P680 de la clorofila a, un electrón de una molécula es lanzada hasta el nivel de energía
mas alto, la cual es transferido a una molécula aceptora de electrones. A través de estas
reacciones, existe un gradiente de protones a través de las membranas tilacoides. La
energía de este gradiente electroquímico forma ATP a partir de ADP a través de la
fosforilación.
Cadena trasportadora de electrones: los electrones pasan hacia el fotosistema I mediante
la cadena transportadora de electrones que comprende:
Fotosistema II - Transportador Q - Plastoquinona (PQ) - Citocromos b6-f - Plastocianina
(PC) - Fotosistema I
FASE OSCURA
La reducción del carbono se produce en el estroma. En el ciclo de Calvin el compuesto
inicial y final es la Ribulosa difosfato.
El dióxido de carbono se une a la ribulosa difosfato, esta molécula se rompe para formar
dos moléculas de fosfoglicerato cada una contiene tres átomos de carbono. Esta reacción
esta catalizada por la enzima RuBisCO. Esta ruta metabólica es conocida como C3.
El fosfoglicerato debe reducirse, lo que ocurre a través de la fosforilación y requiere ATP,
para obtener difosfoglicerato.
El difosfoglicerato se convertirá en gliceraldehido-fosfato por reducción, en esta reacción
se consume el NADPH donde se pierde el fosfato adicional.
El gliceraldehido fosfato ya es una triosa, por lo que, a través de estas reacciones el
carbono inorgánico se ha transformado en una molécula orgánica. Parte del
gliceraldehido-fosfato se convertira en glucosa; la otra parte regenerará la ribulosa
difosfato, como se muestra en la figura.
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Figura 13. Ciclo de Calvin.
PIGMENTOS PRIMARIOS Y ACCESORIOS
La función principal de los pigmentos es la captación de la energía lumínica. En los
organismos procariotas que realizan la fotosíntesis se encuentra la bacterioclorofila y en
los organismos eucariotas la clorofila a; también se encuentran pigmentos accesorios que
ayudan a ampliar el espectro de absorción de los pigmentos clorofílicos y por otra servir
como protección frente a la luz excesiva.
Los carotenoides son pigmentos accesorios que agrupa a los carotenos son sustancias
solubles de color anaranjado como el beta caroteno, con una absorción a 530 nanómetros
y las xantofilas: luteína, violaxantina, anteraxantina y zeaxantina de color amarillo. Estos
pigmentos disipan la energía de excitación excedente en forma de calor evitando daños a
las células.
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Tipo celular
Procariotas
Eucariotas
Organismo
Bacterias purpúreas
Pigmento primario
Bacterioclorofila a
Pigmentos accesorios
bacterioclorofila a
bacterioclorofila b
Cianobacterias
Clorofila a
Ficocianina
Ficoeritrina
Aloficocianina
Algas rojas
Clorofila a
Ficocianina
Ficoeritrina
Aloficocianina
Algas cafés
Clorofila a
Clorofila c
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Algas verdes, musgos y
plantas vasculares (helechos,
gimnospermas y angiospermas)
Clorofila b
Carotenos
Xantófilas
Figura 14. Principales pigmentos primarios y accesorios en organismos fotoautótrofos.
PLANTAS CON METABOLISMO C3, C4 Y CAM
La ruta metabólica C3 se encuentra en los organismos fotosintéticos como las
cianobacterias, algas verdes y en la mayoría de las plantas vasculares. C4 y CAM se
encuentran solo en plantas vasculares. Todas las plantas fijan el carbono mediante el
ciclo de Calvin, las reacciones químicas que ocurren son a partir de un compuesto de
cinco carbonos que producen dos moléculas de tres carbonos (la dihidroxiacetona-fosfato
y gliceraldehido fosfato, las plantas C4 lo fijan primero mediante un compuesto de cuatro
carbonos oxoloacetato en las células del mesófilo y este compuesto es traslocado a la
vaina del haz, donde el compuesto es descarboxilado, para liberar el CO2 y asi ser fijado
por el ciclo de Calvín.
Las plantas CAM incorporan dióxido de carbono durante la noche fijándolo en ácidos
orgánicos; el dióxido de carbono es liberado durante el día y utilizado inmediatamente en
el ciclo de Calvin. Este tipo de metabolismo permite reducir las pérdidas de agua
asociadas a la apertura de los estomas. Más del 90 % de las plantas terrestres son C3 y
de ellas se derivan las C4 y las CAM o MAC, (metabolismo ácido de las crasuláceas). La
vía fotosintética C4 existe tanto en plantas monocotiledóneas como en dicotiledóneas y
tiene un origen polifilético. La existencia de plantas acuáticas con metabolismo CAM o con
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fotosíntesis C4 indica que ambas formas evolucionaron para lograr un mecanismo
mediante el cual concentrar el CO2.
Las enzimas implicadas en la ruta C4 manifiestan adaptaciones que las adecuan para
usarse en esta vía y surgieron a partir de enzimas no utilizadas en la fotosíntesis pero
preexistentes en las plantas C3. Las plantas que utilizan el modo C4 viven en ambientes
tropicales y aquellas que utilizan el mecanismo CAM crecen en regiones desérticas. La
morfología de las hojas varía de acuerdo a la ruta de asimilación de dióxido de carbono.
Las plantas C3 y C4 tienen numerosos estomas; en las plantas C4 los estomas son
resistentes a la difusión de los gases. Las plantas CAM tienen menos estomas; sin
embargo, poseen espacios aéreos que permiten que las células fotosintéticas estén en
contacto con el aire.
Haba (Vicia faba)
planta C3
Maíz (Zea mays) planta
C4
Nopal (Opuntia sp.) planta CAM
Figura 15. Ejemplos de plantas C3, C4 y CAM.
QUIMIOSÍNTESIS
Es el proceso mediante el cual una molécula de carbono o metano y nutrimentos se
transforma biológicamente empleando para ello la oxidación de moléculas inorgánicas
como hidrógeno(H2), sulfuro de hidrógeno (H2S) o metano (CH4) como fuente de energía.
En hábitats del fondo marino, donde el oxígeno disuelto es escaso, como en las ventilas
hidrotermales. Los organismos quimioautótrofos son los que obtienen el carbono por vía
quimiosintetica y se agrupan en metanógenos, halófilos, sulforreductores y termoacidófilo.
sostenidos por quimiosíntesis basada en hidrógeno.
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ACTIVIDADES
Lee atentamente los planteamientos y contesta correctamente.
1. ¿Cuál es el producto principal de la fotosíntesis?
2. Una planta de maíz absorbe la energía lumínica del sol y la transforma en energía química
para realizar sus funciones vitales, ¿cómo se le conoce a este tipo de nutrición?
3. Elabora un cuadro comparativo sobre la fotosíntesis en plantas C3, C4 y CAM.
4. ¿Cuáles son las sustancias químicas que existen en las plantas para EVITAR que los rayos
UV les provoque daños?
5. Completa el siguiente cuadro con la información que se te pide:
Estructura
Proceso
Dibujo
Tilacoide
Estroma
Clorofila
Cloroplasto
Célula vegetal
Parénquima en empalizada
Parénquima esponjoso
Estomas
Hoja
6. Opción que relaciona correctamente
COLOR QUE PERCIBIMOS.
PIGMENTOS
a) Ficocianina
b) Carotenoides
c) Xantofilas
d) Ficoeritrina
e) Clorofila
A) 1-e, 2-d, 3-c, 4-a, 5-b
C) 1-c, 2-d, 3-a, 4-b, 5-e
los elementos de la columna PIGMENTOS con el
COLOR QUE PERCIBIMOS
1. Amarillo
2. Rojo o naranja
3. Verde
4. Azul
5. Rojo únicamente
B) 1- c, 2-b, 3-e, 4-a, 5-d
D) 1-e, 2-b, 3-e, 4-d, 5-c
7. Una planta de tomate posee distintos pigmentos fotosintéticos, explica la importancia de que
los contenga.
8. ¿Cual es la diferencia entre un organismo fotoautótrofo y un organismo quimioautótrofo?
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ETOLOGÍA
La etología ha estudiado cuatro temas referentes a las causas, desarrollo, función y
evolución de la conducta. La ecología conductual y la sociobiología son ramas de este
campo de investigación. Esta disciplina pretende describir la conducta natural de los
animales.
COMUNICACIÓN
Este proceso resulta primordial en todos los animales, es decir, en los que son sociales y
los que no. Los objetivos de la comunicación son: transmitir y recibir información.
Se requiere de: un emisor y un receptor.
En el mundo animal, un ejemplo de comunicación es la búsqueda de pareja, donde un
individuo emite señales para indicar su interés sexual y el género receptor evalúa estas
señales. Las señales para atraer son mensajes corporales llamativos, ostentando
características vistosas como plumas largas y coloridas en las aves, además de las
conductas de cortejo.
La función del cortejo es que los participantes empiezan a reconocerse y evaluar la
conveniencia del apareamiento, además que reduce las conductas agresivas Incluye
rituales complejos, generalmente iniciados por el macho, con una duración breve o de
varios días.
En algunas especies de animales, el cortejo se realiza de forma grupal donde se elige a la
pareja, y si existen pocas hembras, la competencia entre machos aumenta.
Figura 16. Carneros peleando como parte del cortejo.
Los machos también compiten para establecer territorios de apareamiento que son
necesarios para atraer a la hembra. Un ejemplo es el macho mosca escorpión Panorpa
communis quien establece un territorio alrededor de un recurso alimenticio como un
insecto muerto, lo cual es muy apreciado por las moscas hembras. El macho segrega
saliva como regalo nupcial, lo que sirve para el desarrollo de los huevos.
24
Figura 17. Mosca macho escorpión apareándose.
En el cortejo mutuo, el macho y la hembra pueden evaluar la eficacia biológica del otro a
través de un cortejo prolongado lo que les permitirá establecer un vínculo con la pareja,
como la tendencia de macho y hembra a seguir juntos. El vínculo de pareja tiene
beneficios como una relación monógama (al menos durante una estación reproductiva);
así la hembra no invierte tiempo y energía en otra relación. La hembra ya no copula con
otro macho, por lo que el macho asegura que son sus crías a las que le proporciona
cuidado.
EL PEZ COLA DE ESPADA DE MOCTEZUMA
En un estudio sobre el comportamiento del pez cola de espada de Moctezuma cuyo
género es Xiphophorus se evalúa el costo y los beneficios de la atracción sexual. Los
organismos masculinos desarrollan una aleta caudal larga.
El cortejo varía con la especie, en estos peces se han registrado varias conductas:
pueden hacer un nado vibratorio; ochos (catalogados como los más complejos); nadar en
círculos, hacia adelante y hacia atrás, de manera perpendicular e invertida, y en paralelo a
la hembra.
La investigación se enfoca a las ventajas, riesgos y costos de los ornamentos.
La ventaja: el pez macho del género Xiphophorus que tenga una espada larga y que
realice de forma correcta el ritual de cortejo, conseguirá la pareja reproductiva deseada.
Los costos que genera este ornamento son los siguientes:


Si un pez tiene una aleta muy larga, puede ser un estorbo para maniobrar y sobre
todo si hace un cortejo complejo.
El gasto de energía para mantener el ornamento.
El riesgo: si atrae a su pareja, también puede llamar la atención del depredador.
En los peces cola de espada de Moctezuma, los que poseen una cola grande, la rapidez
de escape es lenta.
El beneficio de ser un pez atractivo reside en incrementar el número de apareamientos y,
por lo tanto, el de descendientes.
25
Figura 18. Xiphophorus sp.
COMPETENCIA ESPERMÁTICA
Tiene lugar cuando los espermatozoides de un macho compiten por fertilizar los gametos
de una hembra, donde ésta, tiene una participación activa para elegir los espermatozoides
que fertilizarán sus óvulos. Esto ocurre en algunas especies de insectos donde la hembra
se aparea con varios machos.
EL CASO DE LAS LIBÉLULAS O CABALLITOS DEL DIABLO
La competencia espermática se ha estudiado en las libélulas o caballitos del diablo, su
nombre científico es Gomphus vulgatissimus en las investigaciones realizadas se han
encontrado que los órganos almacenadores de esperma de las libélulas hembra estaban
llenos antes de la cópula, se vaciaban durante ésta, y se llenaban poco antes de finalizar
la cópula. Los machos extraen el esperma de otros machos que han copulado con la
hembra previamente, extrayéndolo con una serie de espinas pequeñas alrededor del
órgano copulador, que atrapan y sacan a los espermatozoides; posteriormente el macho
transfiere su esperma a la hembra.
Figura 19. Libélulas durante la cópula
26
CUIDADO PARENTAL
Se le conoce como cuidado parental a todo lo que el padre y la madre realizan para
favorecer el éxito de las crías. El cuidado parental puede dirigirse al:
Conjunto de crías (camada, pollada)
Individuo
Los recursos que se dedican a una
cría no pueden ser invertidos en
otra, como el aporte de alimento.
Se dedican a cuidar al conjunto, por lo
que el beneficio lo reciben todas las
crías; como la vigilancia y la defensa
antipredadora por parte de los padres.
En esta modalidad los recursos
deben dividirse entre el número de
crías, por lo tanto entre más crías
menos recurso asignado.
Cuando los cuidados son para el
conjunto, el número de crías influye
poco en los beneficios que reciben,
excepto cuando hay un excesivo
número de crías.
BIORRITMOS O RITMOS BIOLÓGICOS
Dentro de un sistema biológico, es la recurrencia de cualquier fenómeno a intervalos
regulares. Los ritmos biológicos están genéticamente determinados por lo que poseen un
caracter hereditario. Los factores externos capaces de sintonizar o reajustar el ritmo de
un individuo a la evolución del ciclo externo se denominan sincronizadores.
Los sincronizadores externos son: la luz, temperatura, disponibilidad de alimento,
magnetismo terrestre, presión y humedad.
Existen distintos fenómenos biológicos de repetición regular, que se agrupan de acuerdo
a las señales del entorno, se describen a continuación:
Circadiano
Circamerales
Circalunares
Circaanuales
Dependen del Dependen del ciclo Dependencia del mes Dependencia del año sideral.
ciclo
luz- de las mareas.
lunar (29.5 días)
oscuridad.
Dos mareas altas y
dos bajas en el día
lunar.
27
Animales
diurnos como
las ardillas, los
pollos
y
nocturnos
como
los
murciélagos y
búhos.
Los
caracoles,
almejas, ostras y
percebes tienen su
actividad durante la
pleamar. Cangrejos,
aves marinas tienen
su máxima actividad
en bajamar.
Este ritmo incide sobre
el ciclo de las mareas
(dos mareas máximas
en luna llena y luna
nueva) y dos mínimas
(cuartos lunares).
En el transcurso del año existen
muchos cambios en el territorio.
La hibernación en temporadas
frías.
Ciclos reproductores
La menstruación
algunos primates.
de
Cuadro 2. Ritmos geofísico dependientes.
Ultradianos
Ritmos de menos de seis horas y más de 30
minutos.
Infradianos
Más de 28 horas y menos de seis días.
Cuadro 3. Ritmos sin dependencia geofísica.
Los relojes biológicos funcionan con tres componentes básicos:
1. Señal de entrada, provee sincronización con el ambiente.
2. Oscilador interno: principal encargado de mantener el orden temporal.
3. Señal de salida: transmite la información oportunamente para controlar el
comportamiento del organismo.
Figura 20. Componentes del reloj biológico.
A lo largo de la evolución, todos los organismos vivos han desarrollado un sistema
biológico específico para adaptarse a las características rítmicas y cíclicas del planeta
Tierra. En mamíferos, este sistema se encuentra regulado por el núcleo supraquiasmático
del hipotálamo, el cual recibe información de la retina y del resto de los órganos
sensoriales marcando ritmos de actividad fisiológica y de conducta.
28
Figura 21. Ubicación del núcleo supraquiasmático.
ACTIVIDADES
I. Observa el ritual del cortejo en algún animal que exista en tu comunidad. También
puedes preguntarle a tu familia o vecinos si conoce el cortejo de un animal (insecto, ave,
anfibio, reptil, mamíferos).
II. Describe tu ritmo circadiano de sueño-vigilia.
III. Observa un ritmo biológico en alguna planta de tu comunidad.
RECOMENDACIONES
En este link podrás apreciar parte del cortejo del ave del paraíso
http://www.ecoosfera.com/2013/09/encandilantes-rituales-de-cortejo-que-no-puedes-dejarde-ver-videos/
En este artículo podrás encontrar datos interesantes sobre el comportamiento sexual de
diversos
animales
http://www.revistaciencias.unam.mx/images/stories/Articles/77/CNS07705.pdf
En este artículo podrás conocer como surgieron los
http://www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol24num1/articulos/sol/
ritmos
biológicos
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ACTIVIDADES
INSTRUCCIONES: Lee y contesta los planteamientos, escribe en el paréntesis la letra de
la respuesta correcta.
(
) 1. Es el sistema al que pertenece el núcleo supraquiasmático.
A) Circulatorio
B) Nervioso
C) Digestivo
D) Bacteriofago
(
) 2. La bacteria Rhizobium es un ser vivo importante en el ciclo biogeoquímico del:
A) Nitrógeno
B) Carbono
C) Fosforo
D) Azufre
(
) 3. La relación interespecífica representada por los líquenes es:
A) Competencia
B) Predación
C) Simbiosis
D) Comensalismo
) 4. Es la base que podemos encontrar solo en el ARN.
A) Uracilo
B) Citosina
C) Adenina
D) Guanina
) 5. Son virus que infectan a bacterias.
A) Prion
B) Filovirus
D) Bacteriofago
(
(
C) Adenovirus
(
) 6. Es un tipo de plasto sin pigmentos, cuya función es almacenar almidón.
A) Cromoplasto
B) Oleoplasto
C) Amiloplasto
D) Proplasto
(
) 7. Son constituyentes de las proteínas.
A) Monosacáridos
C) Aminoácidos
(
B) Bases nitrogenadas
D) Ácidos grasos
) 8. La bomba de sodio-potasio de las membranas celulares corresponde a:
A) Transporte activo
B) Difusión simple
C) Difusión facilitada
D) Transporte en masa
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PÁGINAS ELECTRÓNICAS CONSULTADAS
http://www.fmvz.unam.mx/fmvz/p_estudios/apuntes_bioquimica/Unidad_6.pdf
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/apuntesparte5_10178.pdf
http://www.dgcs.unam.mx/boletin/bdboletin/2012_492.html
http://hypatia.morelos.gob.mx/index.php?Itemid=24&id=11&option=com_content&task=vie
w
http://www.2bachillerato.es/biologia/tema5/p4.html
https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r60942.PDF
http://www.genomasur.com/BCH/BCH_libro/capitulo_02.htm
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/122/htm/comofun.htm
http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/SEIEM/1a/01/0
0/02_material/1a_generacion/mod4/biolo_celula/Metabolismo.pdf
http://www.facmed.unam.mx/deptos/salud/censenanza/spi/unidad2/glosario.htm#A1
http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/anteriores/medio_superior/mex
contp/material_didac/biologia/biologi_molecular_de_la_celula.pdf
http://www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol22num1/articulos/fotosintesis/
www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r44275.DOC
http://retina.umh.es/docencia/biocelular/temas/cloroplastos.html
http://www.redalyc.org/pdf/629/62914108.pdf
http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=54012108
http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000051/lecciones/cap02/02_09.htm
http://www.educaplus.org/bio/bio_ritmo.html
http://www.todo-ciencia.com/biologia/0i41323500d990197309.php#arriba
http://www.biodiversidad.gob.mx/pais/pdf/CapNatMex/Vol%20I/I06_Diversidadproc.pdf
http://www.sesbe.org/sites/sesbe.org/files/recursos-sesbe/evol_cuid_parent.pdf
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