Reconoce a la célula como unidad de vida • Aparato de Golgi ve su Región Región trans trans bi da El aparato o complejo de Golgi está formado por más de cuatro sacos aplanados y apilados entre sí de forma laxa. Su función es almacenar y transportar proteínas y lípidos que llegan en vesículas provenientes desde el retículo endoplásmico. Posteriormente, exporta las proteínas y lípidos como productos de secreción o para que constituyan la membrana celular. Otra de las funciones del aparato de Golgi es producir los lisosomas, los cuales son sacos o vesículas grandes que contienen enzimas que participan en la degradación de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos. El aparato de Golgi se encuentra muy desarrollado sobre todo en Luz las células con funciones secretoras, como las células del Luz epitelio intestinal especializadas en secretar el mucus intestinal, que es una mezcla de glicoproteínas y proteoglicanos. En las células animales generalmente existen de 10 a 20 complejos, mientras que en las células vegetales existen cientos de ellos. nt a Vesículas Vesículas Región Región cis cis Figura 3.6 Aparato de Golgi. ni c ct ró de Golgi Retículo endoplásmico rugoso o. Retículo endoplásmico liso Aparato Pr o hi En la siguiente figura, se ilustra la forma general en la que el núcleo, los retículos endoplásmicos, los ribosomas y el aparato de Golgi intercambian materiales. Región Región media media 50 mm 50mm el e Exocitosis at o Pinocitos En 1898, Camillo Golgi descubrió un organelo celular compuesto por sacos aplanados y apilados; a este organelo actualmente se le conoce como Aparato de Golgi. Fo rm Membrana plasmática Fagocitos Envoltura nuclear Figura 3.7 Intercambio de materiales en la célula. Con el objetivo de tener una amplia noción de los mecanismos celulares de intercambio de materiales, mediado por vacuolas y vesículas, te sugerimos investigar las definiciones de: endocitosis, exocitosis, fagocitosis y pinocitosis. • Vacuolas y vesículas Estos orgánulos son sacos rodeados por membranas con funciones de almacenamiento temporal y transporte de moléculas –tanto hacia el exterior celular 101 � como dentro de la célula– que se encuentran en el citoplasma. Por lo general, miden menos de 100 nanómetros de diámetro y se clasifican con base en su tamaño, función y composición; son más abundantes en células vegetales que en animales. Figura 3.8 Vacuola y vesículas. Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares. Se originan en el aparato de Golgi y en el retículo endoplásmico, a partir de porciones de la membrana plasmática. Las vacuolas se encuentran principalmente en vegetales y en algunos organismos unicelulares, tales como las amibas, se originan mediante fusión de las vesículas procedentes del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi. En general, sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva. En las plantas, las vacuolas ocupan gran parte del volumen celular y en ocasiones pueden llegar hasta casi la totalidad (entre 30 y 90%). su ve nt a Vacuola bi da Actividad o. Pr o hi Investiga y responde a la siguiente pregunta: ¿Por qué las vacuolas son de gran tamaño en las plantas? ni c Material genético Núcleo Poro nuclear rm at o el e ct ró • Núcleo El núcleo es el centro de regulación de las actividades celulares. Por lo general, es el organelo de mayor tamaño de las células eucariontes (5 µm1 de diámetro); se compone de la envoltura o membrana nuclear, el adn o material genético y el nucléolo. Membrana nuclear ARNm Láminas Nucléolo Fibras de proteína ADN Figura 3.9 Célula, núcleo, envoltura nuclear, nucléolo, cromatina y poros. Cromatina Nucleoplasma Bicapa tipídica Envoltura Fo B3 Nucléolo Histonas Ribosoma Traducción La envoltura nuclear es una estructura tridimensional formada por dos membranas fosfolipídicas, una externa y otra interna, separadas por un espacio angosto y continuo con el espacio del retículo endoplásmico. Su función es separar el ma1 102 µm:micra, millonésima parte de un metro. Reconoce a la célula como unidad de vida terial genético del citoplasma y permitir el intercambio de sustancias a través de los poros nucleares. Los poros nucleares son estructuras proteicas situadas en los puntos de unión de la membrana interna y externa de la envoltura nuclear. En contacto con la membrana interna de la envoltura nuclear se encuentra la lámina nuclear, una red de filamentos de proteínas cuya función es estabilizar al núcleo. su ve nt a El adn está conformado por largas cadenas complementarias de polímeros de nucleótidos; la secuencia de las bases nitrogenadas (adenina, citosina, guanina y timina) y de sus nucleótidos constituye la información genética de los organismos. El adn se asocia y compacta con las proteínas histonas y otras proteínas para formar la cromatina. Existen dos tipos de cromatina: la eucromatina (que cuenta con una forma de menor compactación) y la heterocromatina (con la forma de mayor compactación). En el núcleo se lleva a cabo la replicación o síntesis del adn y la transcripción o síntesis de arn mensajero (arnm). El arnm es un ácido nucleico lineal con información proveniente del adn. Los ribosomas emplean el arnm como plantilla para sintetizar las proteínas. bi da Actividad o. Pr o hi 1. Investiga y elabora esquemas del adn y los tres tipos de arn. 2. El adn se contrae y super-enrolla en estructuras llamadas cromosomas, los cuales son de varios tipos: metacéntrico, submetacéntrico y ecrecéntrico; se trata de uniones entre ácido nucleico y proteína. Define y esquematiza cada uno de ellos. 3. El adn se replica, transcribe, traduce, muta y reposa. Define cada concepto. ró ni c Como aprendiste anteriormente, dependiendo de su tipo, las células se pueden reproducir mediante mitosis o meiosis. Investiga las fases de la mitosis y la meiosis, compáralas y enlista sus diferencias y sus semejanzas. at o el e ct El nucléolo es una región específica del núcleo que carece de membrana, cuya función es producir las subunidades de los ribosomas. Los nucléolos desaparecen en la mitosis, mientras que en la interfase se agrandan y aumentan en número. Existen dos nucléolos en cada célula, aunque generalmente sólo uno es visible bajo el microscopio. Fo rm • Nucleoide El nucleoide es la región que contiene el adn en el citoplasma de las células procariontes. En este tipo de células existe un cromosoma circular de doble Pared cadena, que se encuentra ubicado en celular un sector de la célula que se conoce conRibosoma el nombre de nucleoide, el cual no está delimitado por una membrana nuclear. El nucleoide contrasta con el sistema existente en células eucariontes, en las cuales el material genético se encuentra dentro de un sistema conocido como núcleo celular, delimitado por una membrana nuclear. Membrana plasmática Nucleoide (región con ADN) Pared celular Membrana plasmática Citoplasma Membranas fotosintéticas Nucleoide (región con ADN) Figura 3.10 Nuleoide. 103 � Mitosis Generalmente, en las células eucariontes la división celular consta de mitosis o cariocinesis (división nuclear) y citocinesis (división citoplasmática). La mitosis es una forma de división celular en la que se producen dos células genéticamente idénticas a la célula madre, y cada núcleo hijo tiene el mismo número y tipo de cromosomas que la célula progenitora. Los cromosomas son estructuras localizadas en el núcleo celular y están formadas de cromatina. nt a Este proceso se divide en cuatro fases: profase, metafase, anafase y telofase. su ve Profase. Los filamentos de cromatina se condensan para formar los cromosomas (se hacen visibles en el microscopio). Desaparece la membrana nuclear y el nucléolo. Se forma el huso mitótico entre los centriolos. Las células de las plantas con flor no presentan centriolos. bi da Metafase. Los cromosomas duplicados (constituidos por un par de cromátidas hermanas) se alinean en el ecuador del huso mitótico para formar la placa ecuatorial. Pr o hi Anafase. El centrómero de cada cromosoma se divide y las cromátidas hermanas se separan en dos cromosomas independientes, los cuales se desplazan a los polos opuestos de la célula (placas polares). ct ró ni c o. Telofase. Se forma la membrana nuclear alrededor de cada juego de cromosomas. Reaparecen los nucléolos y desaparece el huso mitótico. Los cromosomas se desenrollan para formar filamentos de cromatina. En esta fase de la mitosis se presenta la citocinesis, en la que el citoplasma se divide dando lugar a dos células individuales. el e Actividad rm at o Objetivo • Distinguir las fases de la mitosis en las células meristemáticas de la cebolla. Fo B3 Material • Microscopio compuesto • Cubreobjetos • Portaobjetos • Agujas de disección • Navaja de afeitar • Tijeras • • • • • • Solución de aceto-orceína Lápices de colores Lápiz con goma Recipiente pequeño Vaso Bulbo de cebolla Método 1. Colocar la cebolla en la parte superior de un vaso que contenga agua, procurando que la parte inferior del bulbo quede sumergida. Esperar de tres a cuatro días hasta que crezcan pequeñas raíces. 104 ve 2. Cortar las raíces con las tijeras y depositarlas en un recipiente pequeño, que incluya un poco de la solución de aceto orceína. Esta operación debe efectuarse un día antes de llevar a cabo la práctica, con la finalidad de que el colorante impregne los tejidos. 3. Poner la raíz en un portaobjetos para efectuar con la navaja un corte transversal más o menos a dos mm de la punta. Dejar este pequeño fragmento (que posee el tejido meristemático) en el portaobjetos, protegerlo con el cubreobjetos y aplicar sobre éste la técnica de squash (usar la goma de un lápiz). Levantar con cuidado el cubreobjetos y agregar dos o tres gotas de aceto orceína. 4. Observar con el objetivo de inmersión las fases de la mitosis. 5. Hacer un esquema. nt a Reconoce a la célula como unidad de vida su Resultados ró ni c o. Pr o hi bi da Dibujar lo observado. ct Aumentos rm at o ¿Qué es la mitosis? ¿Cuáles son sus fases? ¿Qué forma tienen los cromosomas observados en la profase? ¿En dónde se encuentran ubicados los cromosomas durante la metafase? En la anafase, ¿cómo están dispuestos los cromosomas? ¿En qué fase de la mitosis se observan los filamentos de cromatina condensados? 7. ¿Qué es un cromosoma? Fo 1. 2. 3. 4. 5. 6. el e Cuestionario 105 � Matriz citoplasmática y componentes celulares bi da su ve nt a En las células eucariontes, la matriz citoplasmática se encuentra entre el núcleo celular y la membrana plasmática. Básicamente consiste en una emulsión coloidal de aspecto granuloso, denominada citosol, y en una diversidad de componentes celulares que desempeñan diferentes funciones. La función de la matriz citoplasmática es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de éstos, mientras que en el citosol ocurren muchos procesos metabólicos. La matriz citoplasmática también se encuentra en las células procariontes, en donde se depositan varios nutrientes que atravesaron la membrana celular y llegan de esta forma a constituir los orgánulos celulares. Como se mencionó anteriormente, en la matriz citoplasmática se localizan diversos orgánulos con funciones especializadas, entre los que destacan los cloroplastos, los ribosomas, las mitocondrias, los lisosomas y el citoesqueleto, los cuales son revisados a continuación. Membrana Membrana interna Pr o Estroma Estroma interna ni c o. Grana Gran at o el e ct ró Vésicula Vesícula tilacoide tilacoide rm Figura 3.11 Estructura detallada del cloroplasto. 106 • Cloroplastos Los cloroplastos son orgánulos en los que se lleva a cabo la fotosíntesis. Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las algas y las plantas. Su número varía desde sólo uno –en cierto tipo de algas–, hasta cientos en las células de las plantas superiores. Su tamaño generalmente es de cinco µ de diámetro, pudiendo adoptar diversas formas. En las plantas superiores los cloroplastos, se localizan en las hojas verdes, donde pueden llegar a constituir hasta 25% del volumen. hi Cloroplasto Cloroplasto Fo B3 Membrana Membrana externa externa Estructuralmente, los cloroplastos se componen por los tilacoides, el estroma y dos membranas lisas (una externa y otra interna) separadas por un espacio intermembranal. Los tilacoides son sacos membranosos de forma aplanada, orientados de manera paralela en el interior de los cloroplastos. Se apilan formando estructuras conocidas como granas que se conectan entre sí por prolongaciones llamadas lamelas estromales. En el interior de los tilacoides, conocido como espacio tilacoide, se almacenan la clorofila y otros pigmentos. La clorofila es la molécula que absorbe la energía lumínica proveniente del Sol, y es responsable del color verde de las plantas. La energía lumínica absorbida se utiliza y convierte en energía química durante la fotosíntesis. Debido a que todos los tilacoides están constituidos por una membrana continua, muchos autores se refieren a éstos como la membrana tilacoide o la tercera membrana de los cloroplastos. Reconoce a la célula como unidad de vida su ve Los leucoplastos y cromoplastos son otro tipo de plastos. Los leucoplastos almacenan almidón, y en ocasiones aceites y proteínas; son numerosos en células de tubérculos como la papa. Los cromoplastos contienen los pigmentos responsables de los colores naranja y amarillo de flores, frutas y de las hojas en el otoño. nt a El estroma es una matriz de proteínas gelatinosas que contiene adn, ribosomas, enzimas y otros solutos disueltos. En el estroma, el dióxido de carbono es fijado a un compuesto orgánico y reducido a carbohidratos simples. El adn de los cloroplastos (adncp) es de tipo circular, y contiene los genes para sintetizar enzimas implicadas en las funciones de estos orgánulos, los arnr y las proteínas de sus propios ribosomas. Solamente se ha descubierto un tipo de alga –Acetabularia– en que el adn de los cloroplastos es lineal. hi arnm Subunidad pequeña Subunidad grande Región de síntesis de los péptidos Sitio de salida de los nuevos péptidos Figura 3.12 Ribosoma. ct ró ni c o. Pr o Los ribosomas (también conocidos como gránulos de Palade) son los orgánulos más abundantes en las células. Se componen de dos subunidades, una grande y una pequeña, formadas por proteínas y por un tipo de arn llamado arn ribosomal (arnr), cuyas dimensiones son de entre 100 y 150 ångströms. Las subunidades ribosomales no se encuentran rodeadas por membranas. La función de los ribosomas es sintetizar proteínas tomando como plantilla al arnm sintetizado en el núcleo. bi da • Ribosomas rm at o el e Como ya se mencionó, los ribosomas asociados al retículo endoplásmico rugoso sintetizan proteínas que se insertan en el interior del retículo para procesarse, almacenarse o ser exportadas en vesículas al aparato de Golgi. Por el contrario, los ribosomas que se encuentran libres en el citoplasma sintetizan proteínas que pasan directamente al citoplasma. Fo • Mitocondrias Las mitocondrias se encuentran entre los orgánulos más grandes y miden por lo general 0.5 µm de diámetro por 1-2 µm de largo, tamaño similar al de una bacteria. Estructuralmente las mitocondrias se componen por dos membranas, una externa y otra interna, además de la matriz mitocondrial. La membrana externa es lisa y permeable a la mayoría de las moléculas pequeñas, en tanto que la membrana interna tiene pliegues hacia dentro llamados crestas o tabiques y posee permeabilidad selectiva. El espacio comprendido entre las dos membranas se conoce como espacio intermembranal o intermembrana. Dentro de la membrana interna se encuentra la matriz mitocondrial, solución densa que contiene ribosomas, enzimas, coenzimas, gránulos de glucógeno, adn mito107 � condrial (adnmt) y otros solutos disueltos. El adnmt es circular y no se encuentra asociado con las proteínas histonas; posee la información para sintetizar las enzimas involucradas en la función de estos orgánulos, así como el arnr y las proteínas de sus propios ribosomas. Por lo general, existen varias copias de adnmt en cada mitocondria. Matriz Membrana Membrana mitocondrial externa mitocondrial interna nt a Doble membrana mitocondrial ve Cresta su Matriz bi da Figura 3.13 Estructura de la mitocondria. Crestas el e ct ró ni c o. Pr o hi Dependiendo de las demandas energéticas, la cantidad de mitocondrias en las células varía desde unas pocas hasta miles. En células con requerimientos de energía elevados, como las musculares, pueden existir un gran número de mitocondrias. Las mitocondrias se dividen por fisión binaria, de manera independiente a la división del núcleo celular, y pueden adoptar diferentes formas: de esfera, ovoide, ramificada y de cilindro. Entre los mamíferos, las mitocondrias son orgánulos de herencia exclusivamente materna, debido a que durante la fecundación solamente penetra al óvulo la información genética contenida en la cabeza del espermatozoide, y no su cuello (sitio donde se alojan las mitocondrias), de manera que el cigoto únicamente posee las mitocondrias que originalmente tenía el óvulo. o La función de las mitocondrias es generar atp mediante la respiración celular. La respiración celular es un proceso bioquímico que consta de dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte terminal de electrones. En ambas etapas se libera energía de las moléculas orgánicas en presencia de oxígeno (O2), que se almacena en forma de atp. at rm Fo B3 • Comparación estructural y funcional de las mitocondrias y los cloroplastos Los cloroplastos y las mitocondrias poseen algunas estructuras organizadas de manera similar. Ejemplo de ello son la presencia de dos membranas: una exterior permeable y otra interior con permeabilidad selectiva, que contiene los ribosomas y el adn circular. La membrana externa de ambos es lisa, separada de la membrana interna por el espacio intermembranal. La membrana interna de las mitocondrias tiene pliegues hacia el interior y la de los cloroplastos carece de ellos. Las estructuras análogas entre ambos orgánulos son la matriz mitocondrial y el estroma. 108 Reconoce a la célula como unidad de vida Cloroplasto Cloroplasto Membrana Membrana interna interna Matriz Matriz Estroma Estroma Grana Grana Membrana Membrana mitocondrial mitocondrial Membrana Membrana externa mitocondrial externa mitocondrial interna interna Vésicula Vésicula tilacoide tilacoide nt a Membrana Membrana externa externa ve Crestas Crestas Figura 3.14 Comparación entre las mitocondrias y los cloroplastos. o. Pr o hi bi da su Las principales diferencias estructurales y funcionales radican en que los cloroplastos poseen tilacoides que contienen en el espacio del estroma a la clorofila. En la membrana tilacoide se encuentran embebidas las proteínas y coenzimas encargadas del transporte terminal de los electrones y la atp sintetasa (enzima que sintetiza atp). Por el contrario, las mitocondrias carecen de la membrana tilacoide y de clorofila. En las mitocondrias, las proteínas y coenzimas encargadas del transporte terminal de los electrones y la atp sintetasa se encuentran en la membrana mitocondrial. Ambos orgánulos pueden adoptar diferentes formas y, por lo general, los cloroplastos son de mayor tamaño que las mitocondrias. ni c Identificación de pigmentos vegetales por cromatografía sobre papel Fo rm at o el e ct ró La cromatografía es una técnica de separación de sustancias para determinar los diferentes componentes de una mezcla en bandas identificables. Este método se basa en las diferentes velocidades con que se mueven cada una de las sustancias a través de un medio poroso, arrastradas por un disolvente en movimiento. Existen diferentes tipos de cromatografía, uno de los cuales es la cromatografía en papel, técnica que permite separar con facilidad los diferentes pigmentos fotosintéticos de las hojas: clorofila a, b y carotenoides (carotenos y xantofilas). Estos pigmentos se pueden identificar con base en los distintos colores que se forman en las bandas: amarillo (caroteno), amarillo pálido (xantofila), verde azul (clorofila a) y verde amarillento (clorofila b). Para la separación y reconocimiento de los pigmentos vegetales se usan sustancias como el alcohol etílico, éter de petróleo, bencina, hexano, acetona y alcohol isopropílico. 109 � Actividad Objetivo • Separar e identificar los pigmentos fotosintéticos de la espinaca utilizando la cromatografía en papel. ni c o. Método at o el e ct ró 1. Colocar las hojas de espinaca en un mortero, adicionar 20 ml de alcohol y triturarlas hasta extraer los pigmentos. 2. Filtrar el extracto en un vaso de precipitados. 3. Recortar una tira de papel filtro (debe entrar en el tubo de ensayo sin tocar las paredes ni el fondo; ver esquema). 4. Poner la tira sobre un papel encerado. 5. Verter con el gotero una gota del extracto sobre la tira de papel filtro (aproximadamente 1-1.5 cm arriba del extremo inferior del papel). 6. Dejar que seque la gota y de nuevo poner otra gota sobre Tapón de corcho la anterior; dejar secar y repetir una vez más el procedimiento. Gancho (clip) 7. Sujetar el gancho en el corcho y colgar la tira de papel en el gancho. 8. Colocar el corcho en el tubo de ensayo que contiene bencina, procurando que la gota del pigmento no toque el Tira de papel filtro solvente. 9. Observar cómo asciende el solvente sobre la tira y quitar el corcho cuando el líquido se aproxime al gancho. Pigmento 10. Sostener el corcho hasta que el papel seque. 11. Observar el cromatograma e identificar las bandas de Bencina (solvente) color formadas por los pigmentos. rm 110 ve hi bi da su Mortero Embudo Vaso de precipitados Papel filtro Papel encerado Alcohol etílico Bencina Tijeras Hojas de espinaca Gotero (o pipeta Pasteur, o tubo capilar) Tapón de corcho o papel aluminio Gancho metálico o clip Pr o • • • • • • • • • • • • nt a Material Fo B3 Reconoce a la célula como unidad de vida Resultados Pegar en el cuadro el papel con el cromatograma. ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Cromatograma rm at o ¿De qué color son las bandas formadas en el papel filtro? ¿A qué pigmentos corresponden? ¿Qué sustancia se usa para la extracción de los pigmentos? ¿Qué es un cromatograma? ¿Qué pigmento se observa en el extremo inferior del papel filtro? Fo 1. 2. 3. 4. 5. el e Cuestionario Investiga • Otros tipos de cromatografía. Sugerencias • C.A. Welch et al. (1975) mencionan las siguientes mezclas solventes: – 92 partes de éter de petróleo para ocho partes de acetona. – 95 a 85 partes de bencina para cinco a 15 partes de acetona o alcohol isopropílico. 111 � – 95 a 85 partes de éter de petróleo para cinco a 15 partes de alcohol etílico o isopropílico. • Otra forma de realizar el experimento es utilizando un vaso de precipitados y una varilla de vidrio, en lugar del tubo de ensayo y corcho. Además, se debe tapar el vaso con papel aluminio o un vidrio de reloj. • Efectuar de manera paralela el movimiento del solvente utilizando tinta china de diferentes colores. • Lisosomas su ve nt a Los lisosomas son orgánulos relativamente grandes originados en el retículo endoplásmico rugoso, y posteriormente modificados en el aparato de Golgi. Los lisosomas son sacos que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas, cuya función es digerir los materiales provenientes del exterior e interior celular. El pH de los lisosomas es de 4.8, debido a que las enzimas digestivas funcionan mejor con pH ácido. Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula. Entre éstas destacan las lipasas, que digieren lípidos; glucosidasas, que digieren carbohidratos; proteasas, que digieren proteínas, y nucleasas, que digieren ácidos nucleicos. Cabe aclarar que también existen organelos similares a los lisosomas, que se denominan microcuerpos; éstos se clasifican en peroxisomas, citolisosomas o glioxisomas. o. ni c • Citoesqueleto Pr o hi bi da Los lisosomas contienen enzimas hidrolíticas capaces de degradar casi todos los compuestos que constituyen la materia viva. rm at o el e ct ró El citoesqueleto es una red dinámica de proteínas que proporciona soporte interno, contractibilidad, elasticidad y forma a las células; ancla los orgánulos celulares e interviene en los fenómenos de movimiento y división celular. En las células eucariontes consta de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos, mientras que en las procariontes está constituido principalmente por las proteínas estructurales conocidas como FtsZ y MreB. Bajo el microscopio óptico el citoesqueleto es invisible; es necesario efectuar tinciones especiales para poder estudiarlo. Fo B3 112 Reconoce a la célula como unidad de vida Actividad Investiga y completa la siguiente tabla. Organelo Moléculas que lo constituyen Dibujo ve nt a Retículo endoplásmico liso bi da su Retículo endoplásmico rugoso o. Pr o hi Aparato de Golgi el e ct ró ni c Núcleo Fo rm at o Cloroplasto Ribosoma Mitocondria 113 � I. Investiga acerca de los organelos o sistemas que definen cada una de las funciones celulares y escribe sus nombres en la línea que corresponda. a) Transporte de sustancias al interior y/o exterior celular b) Reproducción c) Respiración d) Fotosíntesis Regulación hormonal ve f) nt a e) Excreción g) Síntesis de proteínas su h) Protección rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da II. Elabora en equipo la maqueta de una célula utilizando materiales reciclados y muéstrala a tu maestro. Fo B3 114 Reconoce a la célula como unidad de vida Instrumentos de evaluación Autoevaluación: Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: ( ) Bolsa llena de enzima digestiva. b) Citoplasma ( ) Corpúsculo formado de granas (conjunto de tilacoides) ( ) Organelo enorme en celulas vegetales que almacena sustancias. ( ) En él se originó el ATP como producto de la respiración. ( ) Se conocen dos tipos: liso y rugoso. ve a) Membrana nt a I. Relaciona ambas columnas. su c) Núcleo bi da d) Mitocondrias hi e) Cloroplasto ( ) Forman vesículas que almacenan enzimas, proteínas, hormonas y azúcares. ( ) Formada de una bicapa de fosfolípidos, carbohidrato, proteína y colesterol. ( ) Espacio delimitado por la membrana y cada uno de los organelos y sistemas membranales (flotan en el). ( ) Posee nucleoplasma y nucléolo. Pr o f) Centrosoma h) Lisosoma ró i) Retículo endoplásmico ni c o. g) Vacuola j) Aparato de Golgi el e ct ( ) Exclusivo de las células animales que forman el huso acromático. at o II. Escribe sobre la línea la palabra(s) que completen cada enunciado: Fo rm 1. La célula es la unidad de de todo ser vivo, si tomamos en cuenta que siempre proviene de una preexistente. 2. La estructura de la membrana celular se explica a partir del modelo , el cual define de tres a cuatro biomoléculas intercaladas. 3. Un mecanismo activo a través de la membrana, a partir del cual la célula “bebe”, se conoce como . 4. La mitosis, mecanismo de reproducción asexual posee 4 fases que se llaman , , y . 5. La respiración celular se presenta en un organelo en forma de bacilo que se cree era una bacteria que mediante simbiosis se asoció a estas células y quedó dentro de ella, la . III.Elabora esquemas en los que señales las partes de una célula vegetal, una animal y una célula de un hongo. 115 � Coevaluación: BLOQUE 3 Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a I. Elabora un mapa conceptual sobre estructura celular en plantas, animales y hongos. el e ct II. Intercambia tu mapa con un compañero para revisarlo, considerando los siguientes indicadores: Cumplimiento Ejecución Si No Ponderación Calif. 1. El mapa muestra la información suficiente. 2.0 El contenido es claro y se encuentra ordenado correctamente. 2.5 3. Los conceptos principales están en recuadros. 1.0 4. rm 2. at o Indicador Fo B3 El mapa utiliza conectores de enlace con los conceptos. Observaciones 1.5 5. El mapa presenta la idea clara del tema. 2.0 6. El trabajo está elaborado con limpieza. 1.0 Calificación 10.0 Evaluador: Tabla de ponderación 1 = Sí cumplió 0 = No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación 116 Reconoce a la célula como unidad de vida Lista de cotejo: Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: Producto a evaluar: Investigación y trabajo en dos cuartillas sobre Turgencia y Plasmolisis ve nt a Aspectos a evaluar: El trabajo de investigación debe cumplir con los siguientes puntos: • Presentación • Introducción • Desarrollo • Conclusión • Bibliografía el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su El trabajo debe entregarse sin faltas de ortografía, buena redacción, en la fecha y hora pactada por el profesor. Indicador Cumplimiento Ejecución Si No Ponderación Calif. o El trabajo incluyó introducción, desarrollo, conclusión y bibliografía. El tema fué desarrollado de manera clara, 2. coherente y precisa. El trabajo presento esquemas, ilustracio3. nes o gráficas. El texto mostró la idea fundamental del 4. tema. 1.0 rm at 1. Observaciones Fo 3.0 2.0 3.0 5. El trabajo contó con bibliografía extensa. 1.0 Calificación 10.0 Evaluador: Tabla de ponderación 1 = Sí cumplió 0 = No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación 117 bi da hi Pr o o. ni c ró ct el e o at rm Fo BLOQUE 4 su ve nt a Tiempo asignado: 14 horas Describes el metabolismo de los seres vivos nt a ve Pr o hi bi da OBJETOS DE APRENDIZAJE • Tipos de energía. • Reacciones endo y exotérmicas. • Adenosíntrifosfato (ATP): Estructura y función. Ciclo del ATP. • Metabolismo: Enzimas, Catabolismo y anabolismo. Procesos anabólicos: Quimiosíntesis. Fotosíntesis. Procesos catabólicos: Respiración celular. Fermentación. • Formas de nutrición autótrofa (quimiosíntesis-fotosíntesis) y heterótrofa (holozoica, saprófita y parásita). su � • Describe los procesos energéticos que se desarrollan en los seres vivos y que mantienen la vida. • Reconoce las formas de nutrición que realizan los seres vivos para obtener su energía. ró ni c o. DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE � o el e ct � Competencias a desarrollar Fo rm at • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. • Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos relativos a las ciencias biológicas. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. • Aplica normas de seguridad en el manejo de sustancias, instrumentos y equipo en la realización de actividades de su vida cotidiana enfrentando las dificultades que se le presentan siendo consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. � METABOLISMO CELULAR definido a partir de la Subdividido en Catabolismo o degradación nt a Anabolismo o síntesis Energía ve INTRODUCCIÓN hi bi da su Una de las características de los seres vivos define a los procesos bioquímicos que ocurren en las células –el metabolismo– el cual se traduce en cada una de las otras condiciones que distinguen a la vida en nuestro planeta: crecimiento, reproducción, irritabilidad, adaptación, etc. Entender estos mecanismos en las células nos permite explicar su importancia en el organismo íntegro, como del hombre y todos los organismos que lo rodean. Pr o Actividad introductoria ct ró ni c o. En escencia, la vida se define a partir de un orden y una organización en una parte del universo en donde se define el desorden. El orden está regulado por el metabolismo, mediante el cual se aporta energía y materias primas para luchar contra el desorden. La degradación de azúcares, grasas y hasta proteínas libera energía en forma de atp, el cual a su vez es degradado para el movimiento, la reproduccion o la formación de otras biomoléculas. o el e 1. La célula degrada y forma moléculas en rutas cíclicas mediante mecanismos que definen el metabolismo. ¿Qué entiendes por Anabolismo y Catabolismo? rm at 2. En todo el universo existe una necesidad de energía, la cual pasa de unos a otros ininterrumpidamente. ¿Cuántos y cuáles tipos de energía conoces? 3. ¿Todas las células presentan las mismas funciones? Fo B4 METABOLISMO CELULAR El metabolismo, un conjunto de reacciones y procesos bioquímicos que ocurren en las células, es la característica clave para definir a los seres vivos. Estas reacciones son la base de la vida a nivel molecular y permiten las actividades celulares incluyendo el crecimiento, la reproducción, el 120 Describe el metabolismo de los seres vivos Es un requisito que la actividad celular esté organizada en reacciones metabólicas, durante las cuales un compuesto químico es transformado en otro, y éste a su vez funciona como sustrato para generar otro compuesto diferente. De esta forma, se desprende energía que finalmente se almacena en forma de atp; la liberación principal de energía ocurre durante la glucólisis. Es importante señalar que el metabolismo celular determina las sustancias químicas que pueden ser nutritivas y aquellas que son tóxicas. Por ejemplo, algunas bacterias emplean el gas de sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este mismo compuesto resulta ser un veneno para los animales. ve ¿Qué es la energía? nt a mantenimiento y la respuesta a estímulos, entre otras. Como lo veremos más adelante, el metabolismo se divide en dos procesos interrelacionados: catabolismo y anabolismo. o. Pr o hi bi da su El concepto de energía puede ser definido de diversas formas. La mayoría de éstas se encuentran relacionadas con la idea de una capacidad para transformar, poner en movimiento o ejecutar una acción. En este libro adoptaremos la definición de las ciencias físicas, entendiendo energía como la capacidad para realizar un trabajo ya sea de síntesis, mecánico, de transporte, eléctrico, bioluminiscente y de producción de calor, los cuales son descritos más adelante. Actividad el e ct ró ni c Investiga acerca de los tipos de energía: química, eléctrica, térmica, nuclear, mecánica, hidráulica, solar y eólica. Analiza y describe la forma en la que se aprovechan los diferentes tipos de energía en tu localidad. ¿Consideras que se aprovecha la energía en su totalidad? ¿Qué formas de energía se deben emplear para disminuir la contaminación y el calentamiento global? ¿Cómo puedes actuar localmente para emplear en forma eficiente la energía? at o Energía y seres vivos Fo rm Como sabes, la vida en la Tierra depende del flujo de energía que procede del Sol, de la cual aproximadamente una tercera parte es devuelta al espacio en forma de luz, y la gran mayoría de las dos terceras partes restantes es absorbida por nuestro planeta y convertida en calor. Esta energía térmica absorbida evapora las aguas de los ríos, los lagos y los océanos produciendo las nubes, las cuales a su vez originan lluvia y nieve. Únicamente 1% de la energía solar es transformada por los vegetales y otros organismos fotosintéticos (todos éstos conocidos como organismos autótrofos). Como lo veremos más adelante, la energía lumínica del Sol es transformada mediante fotosíntesis en energía química por los organismos autótrofos, de los cuales nos alimentamos los organismos, heterótrofos. Resulta obvio que este flujo de energía es indispensable para el sostenimiento de la vida en nuestro planeta, el cual ocurre mediante dos tipos de reacciones: exotérmicas y endotérmicas, las cuales son descritas a continuación. 121 � Actividad Como sabes, la energía en la naturaleza está presente en cadenas alimenticias, redes tróficas, pirámides de biomasa y en el ciclo de los elementos químicos y de contaminantes. Investiga ejemplos de éstos y muestra tus resultados a tus compañeros. Reacciones exotérmicas y endotérmicas bi da su ve nt a Las reacciones endotérmicas son aquellas que absorben calor. Si nos referimos a entalpía, una reacción endotérmica es aquella que tiene un incremento de entalpía. En cambio, las reacciones exotérmicas se caracterizan por desprender calor, es decir, poseen una variación negativa de entalpía. Como sabes, el calor es una variable estudiada por la física; retomando a la termodinámica en lo referente a su Primera Ley o la Ley de la Conservación de la Energía, podemos afirmar que los organismos vivos tendemos a una baja entropía: al respirar, liberamos calor, vapor de agua y CO2. hi El atp y la energía en las células ró ni c o. Pr o El atp, conocido también como la moneda energética, es el producto final del catabolismo de las moléculas orgánicas; estructuralmente posee una base nitrogenada, adenina, un carbohidrato, ribosa, y tres grupos de fosfato. Al hidrolizarse el atp en difosfato de adenosina (adp) y en un grupo de fosfato, libera energía que se emplea de forma inmediata en el metabolismo anabólico o de síntesis. Habitualmente, el grupo fosfato que se AMP + Pi ADP + Pi ATP desprende del atp se transfiere a otras moléculas, durante un proceso conocido Hidrólisis como fosforilación. Esta transferencia se lleva Pi = fosfato inorgánico a cabo por la acción de las enzimas quinasas. La actividad de las quinasas, junto con la de las fosfatasas (enzimas que remueven los grupos fosfato) están involucradas en la regulación de diversos procesos biológicos como el crecimiento, la diferenciación celular, la morfogénesis y la expresión genética. rm at o el e ct Figura 4.1 Estructura e hidrólisis del atp. Fo B4 La bioenergética es el estudio del flujo de la energía en los seres vivos, entendiendo como energía la capacidad de realizar un trabajo. Los seres vivos obtienen la energía química, principalmente en forma de atp, mediante la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas. Los sistemas vivos, en forma general, emplean la energía obtenida en los procesos necesarios para el mantenimiento, el crecimiento y la reproducción. La energía obtenida por la hidrólisis del atp se emplea en diversos tipos de trabajo, que a continuación se describen. a) De síntesis. Consiste en generar nuevos tipos de moléculas, mediante la formación de nuevos enlaces entre moléculas preexistentes. Esta actividad es especialmente predominante en células que están en continuo crecimiento. En células que no están en crecimiento, el trabajo de síntesis es necesario para el mantenimiento. 122 Describe el metabolismo de los seres vivos b) Mecánico. Involucra cambios físicos en la posición u orientación de la célula o sus componentes y del organismo o de sus partes. Algunos ejemplos son: el movimiento de los cromosomas durante la división celular; el desplazamiento del cuerpo mediante contracciones musculares; el cambio de posición de los ribosomas en el arnm durante la síntesis de proteínas, así como el desplazamiento de los espermatozoides mediante la acción de su flagelo durante su trayecto para alcanzar al óvulo. ve d) Eléctrico. Es un tipo especial de trabajo de transporte que implica el movimiento de iones a través de una membrana. Este transporte establece un potencial eléctrico a través de la membrana, y no sólo un cambio de concentración, como en el trabajo de transporte. nt a c) De transporte. Contempla el empleo de energía para mover moléculas, a través de una membrana en contra de un gradiente de concentración. su e) Bioluminiscente. Es la producción de luz por parte de algunos organismos. Por ejemplo, en algunos insectos la oxidación que provoca la enzima luciferasa en una molécula conocida como luciferina, les permite la emisión de luz. ró ni c o. Pr o hi bi da f) Producción de calor. El calor es una forma de manifestación de la energía que hace posible mantener una temperatura óptima para que se realicen las reacciones metabólicas en los organismos endotérmicos. a) Trabajo de síntesis c) Trabajo de transporte at o el e ct b) Trabajo mecánico Fo rm Figura 4.2 Categorías del empleo del atp. d) Trabajo eléctrico e) Trabajo de calor f) Trabajo de bioluminiscencia Control de la célula en sus reacciones metabólicas El metabolismo es la suma de las transformaciones químicas que se llevan a cabo en los sistemas vivos. Dichas reacciones no ocurren de manera azarosa, sino que constituyen parte de una vía metabólica. Las vías metabólicas son conjuntos ordenados de reacciones consecutivas que inician a partir de un sustrato en particular, el cual es convertido en un producto. Estas vías deben estar controladas para que la célula pueda cubrir sus requerimientos energéticos, responder a estímulos externos y dividirse, entre otras funciones. 123 � • Enzimas Las enzimas son proteínas que funcionan como catalizadores. En las vías metabólicas, cada reacción es catalizada por una enzima; el producto de una reacción enzimática es empleado como sustrato para la siguiente reacción. Una vía metabólica –en forma general– puede representarse mediante el siguiente esquema: A→B→C→D→E→ F→G→H E 1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 ve nt a En este esquema, A es el reactivo inicial y B-H son los productos subsecuentes. E1 –E7 son las enzimas que catalizan cada paso de la vía metabólica. su Actividad hi • Anabolismo y catabolismo bi da Investiga acerca de las reacciones químicas que llevan a cabo las siguientes enzimas: oxidoreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas. el e ct ró ni c o. Pr o El metabolismo se divide en dos etapas principales: catabolismo y anabolismo. El catabolismo (o degradación) es la fase en la que se degradan las moléculas orgánicas, carbohidratos, lípidos y proteínas, y se obtiene energía en forma de atp o poder reductor: nadh, nadph y fadh2. El anabolismo es la fase de biosíntesis, en la cual a partir de pequeños precursores se construyen moléculas más grandes y complejas, como los polisacáridos, enzimas, lípidos y ácidos nucleicos. El anabolismo requiere del suministro de energía en forma de atp y del poder reductor contenido en las moléculas de nadh, nadph y fadh2. Actividad o Investiga acerca del proceso por medio del cual ocurren la digestión y la excreción en los seres humanos. Con tus propias palabras, explica la interrelación del catabolismo y el anabolismo en dichos procesos. at rm Fo B4 Las reacciones biológicas se clasifican de acuerdo con el empleo de la energía en: reacciones endergónicas y reacciones exergónicas. Las reacciones endergónicas son las que consumen energía y las exergónicas son las que liberan energía. En los sistemas vivos, dichas reacciones se llevan a cabo de manera acoplada, es decir, la energía liberada por una reacción exergónica es empleada para realizar una reacción endergónica, como las de biosíntesis. En la mayoría de las reacciones biológicas la liberación de la energía es aportada mediante la hidrólisis del atp o “moneda metabólica”. En los organismos procariontes, la producción de la energía ocurre en el citoplasma y a través de la membrana citoplasmática. En los organismos eucariontes, los sitios esenciales de la producción de energía son los cloroplastos y las mitocondrias. 124 Describe el metabolismo de los seres vivos NH2 NH2 N C O N HC CH - - O O O CH2 P O P O O O H HH H P P o ADP A OH OH Representaciones Difosfato de comprimidas adenosina (ADP) N C O CH O O O CH2 O P O P O P O O O O H HH H P P P o ATP A OH OH Representaciones Trifosfato de comprimidas adenosina (ATP) N Figura 4.3 Reacción acoplada y ciclo del atp. alto bajo ve Contenido energético Enlace de alta anergía N C C N nt a HC N C C N su Nutrición celular bi da • Nutrición autótrofa y heterótrofa ró ni c o. Pr o hi Considerando la manera en la que satisfacen sus requerimientos energéticos, los organismos se clasifican en dos grandes grupos: autótrofos y heterótrofos. Los organismos autótrofos (como las plantas y algas), son capaces de sintetizar moléculas orgánicas mediante el proceso de la fotosíntesis. La fotosíntesis emplea la energía lumínica proveniente del Sol para sintetizar moléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono atmosférico (una molécula inorgánica) y el agua. Los organismos autótrofos no requieren moléculas orgánicas que procedan de fuentes externas. Fo rm at o el e ct Los organismos heterótrofos, como el ser humano, animales, hongos y algunos organismos unicelulares, obtienen su energía mediante la degradación de moléculas orgánicas producidas por los organismos autótrofos. Los organismos heterótrofos eucariontes obtienen la energía principalmente mediante la oxidación de la glucosa. La oxidación de la glucosa contempla dos etapas: la glucólisis y la respiración celular. A su vez, en los organismos heterótrofos se pueden distinguir diferentes tipos de nutrición, como: a) Holozoica. El alimento se obtiene en forma de partículas sólidas orgánicas (como ocurre en la mayoría de los animales) las cuales se deben ingerir, digerir y absorber. Además, necesitan incorporar sustancias inorgánicas como las sales minerales, el oxígeno y el agua. b) Saprófita. Es típica de las bacterias y hongos, los cuales obtienen los nutrientes de materia orgánica en descomposición, para lo cual vierten sus enzimas digestivas en ésta y posteriormente absorben los nutrientes parcialmente digeridos. c) Parásita. Es característica, como su nombre lo indica, de los parásitos que viven dentro o sobre el cuerpo de su hospedero y obtienen su alimento de éste. 125 � Actividad I. Investiga acerca del tipo de alimentación de algunos organismos como: lémur, lombriz de tierra, sanguijuela, solitaria, caracol, araña, mosca, las bacterias que conforman la flora natural de nuestros intestinos, rémora y de los hongos productores de penicilina. nt a II. Investiga acerca de otros organismos o rutas metabólicas que no utilicen el carbono como elemento central. • Quimiosíntesis ró ni c • Fotosíntesis o. Pr o hi bi da su ve La quimiosíntesis es un proceso de producción biológica de materia orgánica a partir de moléculas de un átomo de carbono (como el dióxido de carbono o metano), mediante oxidación de moléculas inorgánicas –por ejemplo, hidrógeno o ácido sulfhídrico– como fuente de energía. A diferencia de la fotosíntesis, en este proceso no se requiere de la energía lumínica del Sol. Diversas cadenas alimenticias en nuestro planeta basan su existencia en la producción de materia orgánica mediante quimiosíntesis. Un ejemplo lo constituyen las cadenas alimenticias iniciadas por diversas bacterias del fondo de los océanos, las cuales emplean el proceso de quimiosíntesis como forma de producir energía sin el requerimiento de luz solar. Muchas de estas bacterias representan la fuente básica de alimentación para el resto de organismos del suelo oceánico. rm at o el e ct De manera general, la fotosíntesis es un proceso en el que se capta la energía lumínica procedente del Sol y se transforma en atp y compuestos reductores como el nadph. Con esta energía obtenida se reduce el dióxido de carbono en carbohidratos simples y se libera oxígeno. La fotosíntesis es un proceso inverso a la respiración celular solamente en los compuestos iniciales y finales, mas no en las reacciones intermedias. Fo B4 La fotosíntesis caracteriza a tres tipos de plantas, a las que llamamos C3, C4 o cam dependiendo del ambiente en que éstas viven. La fotosíntesis tradicionalmente se ha dividido en dos fases: la fase luminosa y la fase oscura, aunque algunos autores sugieren que el empleo de estos términos es inadecuado, debido a la confusión que pueden generar. Si bien es cierto que las reacciones de la fase luminosa únicamente ocurren en presencia de la luz, las reacciones de la fase obscura se realizan tanto en presencia como en ausencia de luz. Por esta razón, proponen clasificar las etapas de la fotosíntesis en: reacciones luminosas y reacciones del Ciclo de Calvin; en este libro adoptaremos este criterio. Las reacciones luminosas se llevan a cabo en la membrana de los tilacoides en presencia de luz, y consisten en la captación de energía lumínica por la clorofila. La energía que es captada por la clorofila se utiliza para romper la molécula de agua. Los átomos de oxígeno provenientes del agua se unen en pares formando O2 que se libera a la atmósfera, y los de hidrógeno reducen el nadp y nad. 126 Describe el metabolismo de los seres vivos De manera similar al transporte terminal de electrones que se lleva a cabo en la mitocondria, el nadh y nadph que se producen en la fase lumínica de la fotosíntesis generan el gradiente electroquímico necesario para la síntesis de atp entre la membrana de los tilacoides y el estroma. ve • Importancia de los procesos fotosintéticos para los seres vivos y el medio ambiente Mediante la fotosíntesis, las plantas sintetizan carbohidratos y generan oxígeno que los seres humanos respiramos. Por esta razón, algunos autores consideran que las reacciones metabólicas de las plantas son más complejas que las nuestras. nt a La fase oscura de la fotosíntesis se lleva a cabo en el estroma y no requiere de luz. En esta fase se emplea la energía en forma de atp y nadph, que se obtuvo en la fase lumínica, para reducir el dióxido de carbono en un carbohidrato simple como la glucosa. Las algas obtienen el CO2 disuelto en el agua y las plantas de la atmósfera. o. Pr o hi bi da su En la biosfera, los organismos autótrofos y heterótrofos mantienen un ciclo interdependiente en el que los seres autótrofos emplean el dióxido del carbono atmosférico y el agua para construir sus moléculas orgánicas, liberando oxígeno a la atmósfera. Los organismos heterótrofos emplean las moléculas orgánicas provenientes de los autótrofos como fuente de alimento, y durante su metabolismo desprenden dióxido de carbono que regresa a la atmósfera y consumen oxígeno que transforman en agua. De esta manera, el carbono, el oxígeno y el agua se mantienen en un constante ciclo entre los organismos autótrofos y heterótrofos, teniendo como energía motriz la energía lumínica procedente del Sol. ni c Respiración Fo rm at o el e ct ró Como se mencionó anteriormente, el atp es la molécula principal que transporta la energía en los sistemas vivos. Esta moneda energética participa en diversos procesos celulares, desde la fertilización del óvulo por el espermatozoide, hasta la contracción muscular o la eliminación de bacterias que han penetrado nuestro cuerpo. A continuación describiremos las vías metabólicas por medio de las cuales las células capturan la energía almacenada en los carbohidratos, es decir, revisaremos la forma en que ocurre la oxidación de la glucosa. Como te puedes imaginar, la oxidación de la glucosa se lleva a cabo en diversas etapas. La primera etapa se conoce como glucólisis y la segunda es la respiración, que a su vez ocurre en dos fases: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones. Uno de los productos del ciclo de Krebs, conocido como ácido pirúvico, puede seguir una de varias vías. Una de éstas es la vía aerobia (con oxígeno) y las otras son vías anaerobias (sin oxígeno); entre estas últimas se encuentra la fermentación. Todas estas vías son revisadas a continuación. Figura 4.4 Ciclo en la biosfera. 127 � • Respiración aerobia ve 6H2O + ATP C6 H12 O6 + 6O2 ---> 6CO2 + glucosa oxígeno dióxido de carbono agua energía su nt a La respiración aerobia ocurre cuando los seres vivos extraen la energía de las moléculas orgánicas, como la glucosa, por una serie de reacciones metabólicas en las que el carbono es oxidado y el oxígeno procedente del aire se emplea como oxidante. Este tipo de respiración es característico de organismos eucariontes en general y de ciertos tipos de bacterias. En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico obtenido durante la glucólisis es oxidado, generándose así energía química en forma de atp, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce como respiración aeróbica, cuya reacción química general es: bi da Para su estudio, la respiración aerobia se ha dividido en las siguientes etapas: o el e ct ró ni c o. Pr o hi a) Glucólisis, en la que una molécula de glucosa es oxidada y escindida en dos moléculas de ácido pirúvico. En esta vía metabólica también se obtienen dos moléculas atp y se reducen dos moléculas de nad+. Este proceso ocurre en el citosol celular. b) Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. Este ácido, una vez que penetra en la matriz mitocondrial, es oxidado por deshidrogenación, con lo que se transforma en radical acetilo, el cual es captado por la coenzima A y transportado al ciclo de Krebs. c) Ciclo de Krebs. Ruta metabólica cíclica que ocurre en la matriz mitocondrial. En este ciclo se realiza la oxidación de los acetilos transportados por la coenzima A, hasta producir dos moléculas de CO2, liberando energía en forma utilizable, es decir, poder reductor (nadh, fadh2) y gtp. d) Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. Estas son las últimas etapas de la respiración aeróbica y tienen dos finalidades: I) reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (nadh y fadh2), con el objetivo de que puedan volver a aceptar electrones y protones de nuevos sustratos oxidables, y II) generar energía utilizable en forma de atp. Tanto la reoxidación de nadh y fadh2, como la generación de atp, ocurren en una serie de complejos enzimáticos situados en la membrana mitocondrial interna. at rm Fo B4 La glucólisis es una ruta metabólica anterior a la respiración celular que se lleva a cabo en el citoplasma. Consiste en una serie de reacciones en las que la molécula de glucosa se divide en dos moléculas de ácido pirúvico, produciendo la reducción del nad y la síntesis de una pequeña cantidad de atp. Posteriormente, el ácido pirúvico se oxida y se convierte en Acetil Co A que es transportado por la coenzima A a la matriz mitocondrial, para que se genere una mayor cantidad de atp. 128 mutasa del ácido fosfoclicérico Ácido 1,3-fosfoglicérico nt a CH2 H2C OH Espontánea COOH C O CH2 Anaerobiosis COOH OH C H CH3 Ácido L+(-)láctico hi Ácido cetopirúvico Pr o Degradación aeróbica Figura 4.5 Glucólisis esquemática. Glucosa Glucólisis Citoplasma Ácido pirúvico ró ni c En la matriz mitocondrial, el grupo acetil unido a la coenzima A se separa y se combina con otro compuesto, generando ácido cítrico. Posteriormente, el ácido cítrico es oxidado de manera completa a dióxido de carbono (CO2) durante el ciclo de Krebs, produciendo la síntesis de una molécula de atp y la reducción de nad y fad. + NADH+H+ NAD su ATP Ciclo de Krebs Alcohol etílico producto final de la fermentación ve H2O COOH C O P CH2 ADP COOH C OH CH2 Cadena de transporte de electrones o. Ácido enolpirúvico *CH2 O P isomerasa de H C O C O las fosfotriosas H C OH CH2OH P1 CH2 O P Fosfato de dihidroxiacetona NAD+ Fosfogliceraldehído (DHAP) (PGAL) bi da enciasa Ácido fosfoenolpirúvico deshidrogenasa del gliceraldehído-3-fosfato O CO P H C OH ADP CH O P ATP NADH+H+ COOH HCO P CH2OH Ácido 2-fosfoglicérico cinasa del ácido pirúvico, Mg 2+ Fructosa-1,6-difosfato Fructosa-6-fosfato Glucosa-6-fosfato cinasa del ácido fosfoglicérico Mg 2+ COOH H C OH CH2 O P Ácido 3-fosfoglicérico -D-glucosa Isomerasa de 2+ fosfofructocinasa Mg las fosfohexosas CH2 O P CH 2 O P CH 2 O P CH2OH O *CH2 O P O CH2OH OH OH H H H H H HO H HO OH H OH H OH H OH H OH OH HO HO ADP ADP OH H OH H H OH H OH ATP ATP hexocinasa o glucocinasa Mg 2+ Glucógeno Describe el metabolismo de los seres vivos CH C CoA Acetíl-CoA COOH ct Membranas mitocondriales Coenzima A O COOH el e Finalmente, en una serie de coenzimas y CH C=O proteínas llamadas citocromos, embebidas HO C COOH COOH en la membrana interna de las mitocondrias, COOH HO CH CH CH HO se lleva a cabo la cadena de transporte terH C OH COOH C COOH COOH Ácido Oxalacético Ácido minal de los electrones, en la que nadh y CH NAD CH cítrico fadh2 donan sus electrones. Al mismo tiemNAD+H COOH COOH Ácido po que los electrones son transportados a loÁcido málico cis-aconítico largo de la cadena, se desprenden protones COOH HO (iones H+) de las coenzimas, los cuales son CH COOH bombeados hacia el espacio intermembraH C COOH NAD OH nal. Este bombeo de protones genera un FADH H C OH H +NADH OH H + gradiente electroquímico entre la matriz COOH FAD COOH ATP NADH Ácido isocítrico mitocondrial y el espacio intermembranal, Ácido fumárico NAD que permite a la enzima atp sintetasa sinADP COOH COOH Co tetizar una gran cantidad de atp cuando los CH CH Matriz protones regresan a la matriz mitocondrial. HO mitocondrial CH Co CH Al final de la cadena de transporte de elecC=O COOH trones, el oxígeno capta los electrones libres Ácido succínico COOH y forma O2-, el cual se une con dos protones Ácido alfa-cetoglutárico H+ y genera agua. o at 2 2 2 + rm Fo 2 2 2 2 + 2 2 + 2 + + + 2 2 2 2 2 2 2 Figura 4.6 Ciclo de Krebs esquemático. 129 � • Respiración anaerobia Es un proceso biológico de oxidorreducción de carbohidratos y otros compuestos, en el cual el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta al oxígeno, por lo general sulfato o nitrato. Este tipo de respiración ocurre en algunos grupos de bacterias, en las que interviene una cadena transportadora de electrones que reoxida las coenzimas reducidas durante la oxidación de los sustratos. Este proceso es análogo a la respiración aerobia; la diferencia radica en que el último aceptor de electrones no es el oxígeno. ve nt a Los posibles aceptores terminales de electrones en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que empleando los mismos sustratos, por ejemplo glucosa o aminoácidos, se genera menos energía en la respiración anaerobia en comparación con la aerobia. su • Fermentación o. Pr o hi bi da La fermentación –como anteriormente lo mencionamos– es un proceso biológico anaeróbico en que no participan las mitocondrias; por lo tanto, no ocurre la cadena respiratoria. La fermentación es un proceso característico de ciertos microorganismos, como algunas bacterias y levaduras, aunque también ocurre en la mayoría de las células animales incluyendo las del ser humano. En el tejido muscular de los animales es frecuente que suceda la fermentación de tipo láctico cuando el aporte de oxígeno no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular. rm at o el e ct ró ni c Las fermentaciones ocurren de manera natural, cuando interaccionan microorganismos con sustratos orgánicos susceptibles; o de forma artificial, cuando el ser humano induce las condiciones. Las fermentaciones artificiales generan diversos productos industriales como la conversión de la cebada en cerveza y de carbohidratos en dióxido de carbono para preparar pan. La fermentación de los alimentos a su vez sirve para preservar alimentos en ácido láctico, etanol y ácido acético; proveer de diversos aromas, sabores y texturas a los alimentos y enriquecerlos con proteínas, aminoácidos y vitaminas. Fo B4 130 Describe el metabolismo de los seres vivos Actividad Investiga acerca del tipo de fermentación por medio del cual se produjeron algunos de los alimentos que tú consumes diariamente. Contesta lo que se te pide: 1. Anota las diferencias que existen entre la energía solar, la nuclear, la química y la eléctrica? nt a Diferencias bi da su ve Energía Solar Nuclear Química Electrica Pr o hi 2. Son los únicos organismos vivos que como productores captan la energía solar y la transforman en energía química, debido a que poseen unos organelos que están formados de clorofila. ró ni c o. 3. ¿A quién nos referimos y por qué en ellos se centra la fotosíntesis? o el e ct 4. ¿Cuántos tipos de reacciones existen en la fotosíntesis y a qué se refieren los términos C3, C4 y CAM? Fo rm at 5. Son los catalizadores de la célula, gracias a los cuales se definen todas las funciones: Se clasifican según el sustrato sobre el que actúan (6 tipos), su origen, su composición química y tipo de reacción. Menciona diez ejemplos y define tres reacciones catalizadoras. 4. El hombre posee mecanismos de nutrición y respiración, característicos ¿Cuáles son? 131 � Instrumentos de evaluación Autoevaluación: Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: I. Escribe sobre las línea la(s) palabra(s) que completen cada uno de los enunciados: bi da su ve nt a 1. Los artificiales generan productos industriales como la cerveza y el pan. 2. El es una ruta metabólica que ocurre en la matriz mitocondrial. 3. Los organismos o productores en la Naturaleza mantienen ciclos aislados de los heterótrofos ya que se complementan. 4. La capta la energía lumínica y la transforma en ATP y NADPH. Es inverso a la respiración celular. 5. Los requieren de un hospedero para sobrevivir, quien les provee de casa, alimento y otros elementos que les son indispensables para sobrevivir. ct ró ni c o. Pr o ( ) Energía característica de los seres vivos (moneda energética). ( ) Que generan calor. ( ) Origen o síntesis de compuesto orgánico. ( ) Mecanismo inverso a la fotosíntesis. ( ) Síntesis de compuesto orgánico a partir de la energía solar. ( ) Anabolismo más catabolismo ( ) Proteínas catalíticas. ( ) Degradación de las moléculas orgánicas. ( ) Potencia activa de un organismo. ( ) Se clasifica como autótrofo o heterótrofo. el e a) Metabolismo b) Anabolismo c) Catabolismo d) Fotosíntesis e) Respiración f) Nutrición g) Energía h) atp i) Enzima j) Reacciones exotérmicas hi II. Relaciona las columnas con el fin de definir los conceptos básicos de este bloque: at o III.Define los tipos de nutrición. Además de ilustrarlos con un recorte, foto o dibujo, menciona un ejemplo de cada uno. rm Formas de nutrición de los seres vivos Fo B4 Quimiosintéticos Autótrofos Fotosintéticos 132 Imagen Describe el metabolismo de los seres vivos Formas de nutrición de los seres vivos Imagen ve Saprófitos bi da su Heterótrofos nt a Holozoicos o. Pr o hi Parásitos ni c IV. Menciona las seis actividades en que se emplea el atp; recuerda que define un trabajo: ró ct el e o Fo rm at 133 � Guía de observación: Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Desempeño a evaluar: Exposición en equipos del tema plantas C3, C4 y CAM. Indicador at o 1. Muestra dominio del tema. Exponen con orden y claridad los conteni2. dos del tema. 3. Utilizan material didáctico de apoyo. Propician la participación de sus compa4. ñeros. 5. Realizan sesión de preguntas y respuestas. Contestan correctamente las preguntas 6. de sus compañeros y profesor. Calificación Cumplimiento Ejecución Si No Ponderación Calif. 2.0 Observaciones rm 2.0 2.0 Fo B4 2.0 1.0 1.0 10.0 Evaluador: Tabla de ponderación 1 = Sí cumplió 0 = No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación 134 Describe el metabolismo de los seres vivos Lista de cotejo: Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: el e Indicador ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Producto a evaluar: Ensayo sobre los tipos de respiración y las diferencias que existen entre ambas. El ensayo presentó introducción, desarrollo y conclusión. Observaciones o 2.0 at 1. Cumplimiento Ejecución Si No Ponderación Calif. 2.0 rm 2. La redacción fué clara y coherente. El ensayo mostró lo más importante del tema. 2.0 4. El tema fué desarrollado de manera clara, coherente y precisa. 2.0 5. El ensayo mostró la bibliografía consultada. 2.0 Fo 3. Calificación 10.0 Evaluador: Tabla de ponderación 1 = Sí cumplió 0 = No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación 135 � Coevaluación: BLOQUE 4 Profesor: Institución educativa: Alumno: Semestre: Fecha de elaboración: Grupo: ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a I. Elabora un mapa conceptual del concepto de energía. el e ct II. Intercambia tu mapa con un compañero para revisarlo, considerando los siguientes indicadores: 1. El mapa muestra la información suficiente. 2.0 El contenido es claro y se encuentra ordenado correctamente. 2.5 3. Los conceptos principales están en recuadros. 1.0 2. 4. rm o Cumplimiento Ejecución Si No Ponderación Calif. at Indicador Fo B4 El mapa utiliza conectores de enlace con los conceptos. Observaciones 1.5 5. El mapa presenta la idea clara del tema. 2.0 6. El trabajo está elaborado con limpieza. 1.0 Calificación 10.0 Evaluador: Tabla de ponderación 1 = Sí cumplió 0 = No cumplió Ejecución: multiplicación del cumplimiento por la ponderación 136 Describe el metabolismo de los seres vivos Rúbrica: Profesor: Alumno: Grupo: Semestre: Producto a evaluar: Investigación sobre el efecto de la contaminación y la prevención de enfermedades respiratorias. Aspectos a evaluar: El trabajo de investigación debe cumplir con los siguientes puntos: su ve nt a • Presentación • Introducción • Desarrollo • Conclusión • Bibliografía El trabajo debe entregarse sin faltas de ortografía, buena redacción y con una extensión no menor de cinco cuartillas aproximadamente, en la fecha y horas pactadas por el profesor. BUENO 2 puntos REGULAR 1 puntos hi EXCELENTE 3 puntos Pr o Aspectos a evaluar bi da instrucciones para el docente: El trabajo se evaluará porcentualmente con la rúbrica que se detalla a continuación: Fecha de entrega Entrega el trabajo el día y hora acordados. Entrega el día, pero no a la hora acordada. Contenido Muestra la información de manera clara, utilizando medios escritos y gráficos. Muestra la inforMuestra la informamación de manera ción de forma parcial. confusa. Cuerpo/ estructura integración El trabajo contiene todos los niveles solicitados. El trabajo contiene la mayoría de los elementos solicitados. Originalidad El trabajo presenta originalidad e incluye ejemplos y opiniones personales. Entrega el trabajo sin faltas de ortografía y organizado. o. El trabajo contiene algunos de los elementos solicitados. Entrega dos días después o más del tiempo indicado. El trabajo contiene sólo uno de los elementos solicitados. El trabajo presenta El trabajo presenta en su mayoría infororiginalidad, con mación pero pocos pocos ejemplos y opiejemplos y opiniones niones personales. personales. El trabajo presenta información copiada o bajada de Internet en su totalidad; no presenta ejemplos ni opiniones personales. Entrega el trabajo con pocas faltas de ortografía y organizado Entrega el trabajo con demasiadas faltas de ortografía y nula organización Entrega el trabajo con algunas faltas de ortografía y mínima organización. Observaciones generales Puntuación Muestra la informacion incompleta y sin claridad. ni c ró ct el e o at rm Fo Redacción, ortigrafía y orden Entrega un día despues. DEFICIENTE 0 punto Porcentaje de competencia logrado Juicio de competencia [ Nombre y firma del docente (evaluador) ] Competente firma del(la) alumno(a) [ ] Todavía no competente Lugar y fecha de aplicación 137 su ve nt a Tiempo asignado: 12 horas bi da hi Pr o o. ni c ró ct el e o at rm Valoras la biodiversidad e identificas estrategias para preservarla Fo BLOQUE 5 nt a ve Pr o hi bi da OBJETOS DE APRENDIZAJE • Virus: Composición química. Forma de replicación. Criterios para clasificarlos. Ejemplos de enfermedades que ocasionan. • Clasificación de los seres vivos: Linneo, Wittaker y Woese. • Dominio archaea: Características generales. • Dominio eubacteria: Estructura. Reproducción. Respiración. Nutrición. Formas: cocos, bacilos, entre otros. • Dominio Eukaria: Tipo celular. Forma de nutrición. Niveles de organización (unicelulares o pluricelulares). Medio en que viven. Clasificación. su � • Reconoce la biodiversidad a partir de su clasificación y características distintivas de los organismos. • Valora la importancia social, económica y biológica de la biodiversidad e identifica acciones que lo lleven a preservar las especies de su entorno. ró ni c o. DESEMPEÑOS DEL ESTUDIANTE � o el e ct � Competencias a desarrollar Fo rm at • Elige las fuentes de información más relevantes para establecer la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. • Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas de sus comportamientos y decisiones. • De manera general o colaborativa, identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. • Utiliza las tecnologías de la información y la comunicación para obtener, registrar y sistematizar información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y/o realizando experimentos pertinentes. • Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. • Trabajando en equipo, diseña modelos o prototipos para resolver problemas. • Analiza las leyes generales que rigen el funcionamiento del medio físico y valora las acciones humanas de riesgo e impacto ambiental advirtiendo que los fenómenos que se desarrollan en los ámbitos local, nacional e internacional ocurren dentro de un contexto global interdependiente. � BIODIVERSIDAD mediante el análisis de definido a partir de nivel explicada como la presencia de Criterios de clasificación Organismo Niveles de organización Ecosistema molecular citológico molecular Dominio Imperio Fungi Plantae Animalia Archaea Eucarya Prokaryota Eukaryota hi INTRODUCCIÓN Bacteria bi da Protozoa Monera su ve Reino nt a Biomoléculas para definir o el e ct ró ni c o. Pr o A partir de toda la información que proporcionó el siglo xx a la biología, es claro que se necesita reconstruir el árbol de la vida; y tenemos que comprender que la biodiversidad de nuestro planeta debe agruparse no sólo considerando la anatomía externa (como hizo Linneo), o el tipo de célula (como procedió Whitaker), sino los avances en la biología molecular para entender que de dos reinos considerados con anterioridad (Vegetal y Animal), actualmente debemos reconocer seis reinos incluidos en los dominios que propuso C. Woese o en los dos imperios propuestos por T. Cavalier-Smith. A lo largo de la historia, la taxonomía ha intentado ordenar a los seres vivos, primero en clasificaciones artificiales y ahora en naturales, a partir de cladogramas basados en información molecular. Se han establecido tres dominios, porque se encontraron diferencias en muchas características estructurales, bioquímicas y fisiológicas clave que han eliminado al reino Monera. Criterios como forma, motilidad, modelo nutricional y tinción de Gram no permiten entender por sí sola la evolución de las bacterias; es necesario, por ejemplo, comparar ácidos nucleicos como el arn ribosómico, en virtud de que la diversidad genética Procarionte es inmensa y tal vez se demuestre que poseen mosaicos de genes importados de otras especies. Además, debemos recordar que los Archaea, siendo los seres vivos más antiguos, están más cercanos a los Eukarya que a las bacterias propiamente dichas. at rm En el presente texto, la clasificación de los organismos se construyó con base a la propuesta de Carl Woese, correspondiente a tres Dominios: Bactería, Archaea y Eukaria. Fo B5 Es claro que debemos pasar de los organismos unicelulares (microcosmos) a los pluricelulares, e intentar entender cómo los segundos se originaron de los primeros, mediante la necesidad de agruparse para realizar un trabajo en común, formando tejidos o transformándose en individuos, poblaciones o ecosistemas. De dos millones de especies conocidas, podrá obtenerse el censo de cerca de 1 millon que se presume forman la biosfera en la actualidad. 140 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Actividad introductoria 1. La biodiversidad o biota en nuestro planeta está definida a partir de: bi da su 3. ¿Qué es un virus y cuál es la importancia que guardan en la vida diaria? nt a La biodiversidad o diversidad biológica. Es la variedad de la vida. Incluye varios niveles de la organización biológica. Diversidad de especies de plantas y animales que viven en un sitio, variabilidad genética; Ecosistemas de los cuales forman parte estas especies y a los paisajes o regiones en donde se ubican los ecosistemas. Procesos ecológicos y evolutivos que se dan a nivel de genes, especies, ecosistemas y paisajes. ve 2. ¿Cómo defines a un reino y cómo a un dominio? ¿Qué autores los definieron? ni c o. Pr o hi 4. ¿Mediante qué criterio la ciencia identifica a una bacteria, a un hongo, a un protozoario, a una planta y a un animal? rm at o el e ct ró 5. ¿Consideras que el censo biótico está terminado? Fo VIRUS Definición y características Los virus son agentes infecciosos que causan diversas enfermedades en plantas y animales. No son considerados como seres vivos; algunos autores los definen como complejos moleculares. El término virus fue acuñado por Martinus Beijerinck en 1897 y significa “veneno”. Edward O. Wilson es considerado el padre del término biodiversidad. Es uno de los pensadores más influyentes de nuestro tiempo, biólogo excepcional y un sobresaliente experto en historia natural. Recibió el Premio Fundación bbva Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ecología y Biología de la Conservación. 141 � Los virus son parásitos intracelulares obligados. Miden generalmente de 20 a 300 nm de diámetro, se observan con el microscopio electrónico, son cristalizables, carecen de metabolismo, no están constituidos por células ni organelos y poseen un solo tipo de ácido nucleico (adn o arn). nt a Los virus están formados por una cápside (o cápsula), envoltura proteica que encierra el ácido nucleico. La cápside está constituida por unidades llamadas capsómeros, que se localizan en la superficie de la partícula viral. Es de forma helicoidal, icosaédrica (poliédrica o casi esférica) o mixta; en esta última existen estructuras de simetría helicoidal e icosaédrica que dan como resultado virus más complejos, como los bacteriófagos de la serie T y los poxvirus. Al conjunto de la cápside y el ácido nucleico se le llama nucleocápside. bi da su ve Algunos virus tienen además una envoltura externa constituida por proteínas, lípidos y carbohidratos. Los virus se reproducen (replican) solamente en células vivas, ya sea en el citoplasma o en el núcleo. En la replicación, los componentes de la partícula viral se sintetizan dentro de la célula afectada y posteriormente se ensamblan para formar nuevos virus. Pr o hi Actividad ct ró ni c o. a) En un cuadro sinóptico marca cinco características de los virus. rm at o el e b) ¿Por qué razón se dice que un virus está entre lo vivo y lo no vivo? Al invadir una célula o una bacteria se transforma esta última en una fábrica de hacer virus. ¿Qué entiendes por esto? Con un esquema explica el ciclo de un bacteriófago (transducción). ver anexo 1. Fo B5 142 nt a Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla http://www.pnuma.org/ Pr o hi bi da su ve El Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente tiene como misión dirigir y alentar la participación en el cuidado del medio ambiente inspirando, informando y dando a las naciones y a los pueblos los medios para mejorar la calidad de vida sin poner en riesgo a las futuras generaciones. Se enfoca a seis áreas prioritarias cambio climático, desastres y conflictos, manejo de ecosistemas, gobernanza ambiental, sustancias dañinas, eficiencia de recursos, además de áreas temáticas como son: biodiversidad, educación ambiental, iniciativa de pobreza y medio ambiente y ozono. rm at o el e ct ró ni c o. arn Fo Los virus infectan células animales, células vegetales y bacterias (bacteriófagos o fagos). Los bacteriófagos pueden ser líticos o templados. Los virus líticos destruyen (lisan) a la bacteria huésped. Los virus templados incorporan su adn en el adn bacteriano –denominándose profagos– y a las bacterias se les llama lisogénicas. (Ver esquemas de transducción y lisogenia en anexo 1). Replicación de un bacteriófago Cuando un bacteriófago lítico infecta una bacteria, utiliza la maquinaria metabólica de la célula huésped para duplicar su ácido nucleico. Finalmente, destruye la célula bacteriana, liberándose nuevos virus que posteriormente infectan a otras bacterias. La replicación viral consta de varios pasos, los cuales se detallan en la siguiente figura: 143 ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a � ct ró Figura 5.1 Replicación de un bacteriófago (Fuente: Solomon et al., 1998). rm at o el e En otros virus, la penetración de la partícula viral a la célula se efectúa por fagocitosis (viropexis), por medio de la cual el virus es envuelto por la membrana plasmática celular, quedando englobado en una vesícula dentro del citoplasma celular. Este es el mecanismo más común de entrada de los virus. Fo B5 Los virus se caracterizan por ser metabólicamente inertes cuando se encuentran fuera de la célula, mientras que en el interior de la misma presentan actividad reproductora. Por esta condición, se les ubica en la frontera entre lo vivo y lo inerte. Actualmente se conocen otros agentes infecciosos más simples que los virus: los viroides y los priones. Los viroides son filamentos de arn sin la capa proteica; infectan plantas como el aguacate, la papa, el pepino, etcétera. Los priones están formados por proteína y ocasionan enfermedades neurodegenerativas, como son kuru, scrapie y la enfermedad de las vacas locas. La enfermedad kuru se encontró en una tribu de Nueva Guinea, cuyos miembros la adquirieron debido a la práctica del canibalismo (comían cerebros). El scrapie es una enfermedad que afecta a las ovejas y a las cabras. Causa en los animales cambios en el comportamiento, temblores, pasos cortos y rápidos, crujido de dientes, rascarse y frotarse contra objetos; la muerte es inevitable. 144 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Existen varias hipótesis acerca del origen de los virus. Una de éstas considera que son fragmentos de ácido nucleico que escaparon de organismos celulares. De acuerdo con esta propuesta, el origen de algunos virus se da en ciertos casos a partir de células animales; en otros, de células vegetales y, en otros más, a partir de células bacterianas. bi da su ve En la clasificación de los virus se toma en cuenta: tipo de ácido nucleico (arn o adn), tamaño de la partícula viral, morfología, simetría de la cápside (virus icosaédricos, virus helicoidales y virus de simetría mixta), número de capsómeros, enzimas específicas (arn y adn polimerasas), presencia o ausencia de una membrana viral que cubre a la nucleocápside (virus envueltos y virus desnudos), tipo de huésped que parasitan (virus animales, vegetales y bacterianos), base química del genoma y, por último, mecanismo de producción de arn mensajero (clasificación de Baltimore). En el anexo 2 se indica la clasificación de los principales grupos de virus, de acuerdo con el ácido nucleico que presentan, mencionándose también otras características de importancia. nt a Criterios de clasificación hi Importancia de los virus ct ró ni c o. Pr o Los virus son muy importantes debido a las numerosas enfermedades que causan al hombre, plantas y animales. Algunas de las enfermedades que provocan en el hombre son: viruela, influenza, parotiditis, sarampión, rabia, herpes, poliomielitis, verrugas, fiebre amarilla, gripe aviar, resfriado común, varicela, paperas, viruela, hepatitis, dengue, etc. Es importante mencionar que actualmente existen enfermedades virales que causan estragos en la humanidad, como es el caso del sida, Ébola y el sars. Fo rm at o el e En las plantas, los virus provocan mosaicos, enanismo, deformaciones en los tallos, hojas y flores, etc. Los mosaicos son manchas de color verde y amarillo debidas a la reducción en la síntesis de la clorofila; ejemplos de mosaicos son los del tabaco, de la papa, del jitomate, del frijol, de la lechuga, etc. Otras enfermedades virales son el enrollamiento de las hojas de la papa y el achaparramiento del maíz. La transmisión de las enfermedades virales se efectúa por medio de los insectos (pulgones), contacto de plantas sanas con enfermas, etcétera. Entre las enfermedades virales de importancia en los animales, se pueden citar la rabia y el Newcastle. Actividad I. Investiga los integrantes de tu familia ¿cuáles han sido las enfermedades virales que han padecido? 145 � II. La gripe, una de tantas enfermedades virales comunes, se presenta con mayor regularidad en ciertas condiciones ambientales, anímicas o cuando convivimos con grupos de personas muy numerosos, ¿A qué nos referimos? su ve nt a III.Investiga acerca de la enfermedad producida por el virus de la inmunodeficiencia humana: vías de contagio, células sobre las cuales actúa, síntomas y complicaciones, ¿sabes si ya es curable? Pr o hi bi da IV.¿Qué otras enfermedades virales han ocasionado pandemias en nuestra época? ¿En que países se han estudiado y por qué? rm at o el e ct ró ni c o. V. Dibuja un fago y un virus que afecte al ser humano. Fo B5 VI.Define: Transducción: Replicación: Lisogenia viral: 146 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Pr o hi bi da su ve La taxonomía es la ciencia que se encarga de la clasificación de los organismos, ordenándolos en niveles o categorías, con base no sólo en sus similitudes y diferencias, sino también de acuerdo con sus relaciones evolutivas o filogenéticas. Un árbol filogenético muestra las relaciones de evolución entre varias especies que se piensa tuvieron un ancestro común. En épocas anteriores, la ausencia o presencia de núcleo verdadero en las células de los organismos, era una característica que clasificaba a los seres en dos grandes grupos: procariontes (bacterias y cianofitas o algas verdeazules) y eucariontes. Actualmente, para clasificar a los organismos se toman en cuenta la anatomía, las etapas de desarrollo y aspectos bioquímicos; en estos últimos, se estudian secuencias de nucleótidos en el adn y arn, así como secuencias de los aminoácidos para determinar sus relaciones evolutivas. nt a CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS (BIOSISTEMÁTICA) at o el e ct ró Un grupo de especies similares forma un género. Un conjunto de géneros similares forma una familia. Un grupo de familias similares forma un orden. Un grupo de órdenes similares forma una clase. Un grupo de clases similares forma una división (o phylum). Un grupo de phyla o divisiones forma un reino. Un grupo de reinos forma un dominio. rm • • • • • • • ni c o. Existen tres métodos taxonómicos para clasificar a los organismos: la fenética o taxonomía numérica, la cladística y la taxonomía evolutiva clásica (ver anexo 3). Con ellos se definen las categorías superiores al nivel de especie, las cuales se muestran a continuación: Fo Categorías taxonómicas América Latina y el Caribe es una región rica en diversidad de ambientes, ecosistemas, especies y culturas e incluye siete de los países megadiversos. La región se divide en cuatro subregiones: Mesoamérica, el Caribe, la Región Andina y el Cono Sur, y cada uno posee un conjunto único de características, prioridades y retos ambientales. México es considerado un país “megadiverso”, ya que forma parte del selecto grupo de naciones poseedoras de la mayor cantidad y diversidad de animales y plantas, casi el 70% de la diversidad mundial de especies. En las clasificaciones modernas, el dominio y el imperio corresponden al nivel o categoría taxonómica superior de la clasificación biológica. El reino ocupa el segundo nivel. Las siguientes categorías corresponden al phylum o división, clase, orden, familia, género y especie (unidad básica de la clasificación). La especie es el conjunto de individuos que tienen características morfológicas semejantes, que se aparean entre sí y dan origen a individuos fértiles. 147 � Las categorías taxonómicas se refieren a los niveles en que se ubican los organismos siguiendo un orden jerárquico, es decir, de lo general a lo particular o de lo más complejo a lo más sencillo, tal como se muestra a continuación: Dominio Reino División o phylum Clase Orden Familia Género Especie nt a 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. El 22 de mayo es el Día Internacional de la Diversidad Biológica, fue proclamado por la ONU con la finalidad de promover un mayor entendimiento y conocimiento de las cuestiones de la diversidad biológica. ve (Ver ejemplos en el anexo 4). su Linneo ni c o. Pr o hi bi da Carlos Linneo (Carl Nilsson Linæus, 1707-1778) implantó en 1758 la nomenclatura binomial o binominal, en la que cada especie es designada con dos nombres que constituyen el nombre científico. El nombre científico está conformado por dos palabras (binomio) en latín que representan el género y la especie. El género se escribe con una letra mayúscula inicial, en tanto que la especie o epíteto específico se escribe con letra minúscula. Además, ambos nombres se deben escribir con letra cursiva. El latín se utiliza debido a que este idioma es una lengua muerta y, por lo tanto, no sufre modificaciones. Ejemplo: o El primer nombre que se le asigna a una especie es el aceptado. Si posteriormente esta misma especie es publicada con otro nombre, a éste se le llama sinónimo. El nombre de la persona que describe una especie por primera vez y además propone el nombre científico se escribe después de dicho nombre para evitar confusiones con los sinónimos. Ejemplo: rm at El cuidado del ambiente requiere la participación de ciudadanos organizados y conscientes de temas como el calentamiento global, la disposición de agua, la deforestación, los patrones de producción y consumo, así como los principios y valores que sustentan a esta sociedad. Por el impacto que ocasionan en el ambiente las actividades cotidianas que realizamos, como son transportarnos, asearnos, viajar, cocinar o comprar productos, es importante reflexionar acerca de nuestros hábitos de consumo y con la actitud que debemos tener respecto al cuidado y protección del ambiente. Entamoeba histolityca (amiba) Entamoeba es el género histolityca es la especie el e ct ró Ulva lactuca (lechuga de mar) Felis catus (gato) Ulva es el género Felis es el género lactuca es la especie catus es la especie Fo B5 Acciones para cuidar el medio ambiente SEMARNAT. 148 Ulva lactuca Linnaeus (autor que propuso el nombre) Para la identificación de un organismo se utilizan las claves taxonómicas, las cuales proporcionan una serie de posibles elecciones de características. Se construyen usando rasgos constantes y, al hacer una elección, un número de taxas se elimina. Las claves generalmente son dicotómicas y en ellas existen dos alternativas (una es aceptada y la otra rechazada), lo que conduce finalmente a la identificación de un organismo. Las claves taxonómicas se encuentran en libros y revistas científicas especializadas, en los cuales se incluyen esquemas y fotografías que ayudan en la determinación del espécimen (Ver un ejemplo de clave taxonómica para algas verdes en el anexo 5). Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Woese ve En la tabla siguiente se definen las propuestas de Woese: Carl Woese. (15 de Julio de 1928, Estadounidense). Creador de la nueva Taxonomía Molecular nt a El árbol de la vida propuesto por Woese está constituido por tres dominios: Archaea, Bacteria y Eucarya. Para Woese, Archaea y Bacteria son dominios distintos que incluyen organismos procariontes. Archaea se divide en dos nuevos reinos: Crenarchaeota y Euryarchaeota. En el dominio Eucarya se ubican los organismos eucariontes (con núcleo verdadero). Woese examinó las similitudes y diferencias entre las secuencias de arnr 16S y 18S (rna ribosomal de la unidad pequeña) de los organismos como una medida de distancia evolutiva entre diferentes grupos taxonómicos y determinó que molecularmente son diferentes unos de otros, independientemente de que sus células sean procariontes o eucariontes (ver anexo 6). su bi da Bacteria Células procariontes. Los fosfolípidos de la membrana están formados por ácidos grasos lineales unidos al glicerol por uniones de tipo éster. El arn ribosómico de la subunidad pequeña de los ribosomas (16S-rarn) posee un bucle entre las posiciones 500-545. hi Los ribosomas, compuestos de dos subunidades, tienen un valor de sedimentación de 70S; son similares a los eucariontes pero más pequeños. El arn ribosómico de la subunidad pequeña de los ribosomas (16S-rarn) tiene una estructura única entre las posiciones 180-197 o 405-498. Los ribosomas, compuestos de dos subunidades, tienen un valor de sedimentación de 70S. Su forma es variable, diferente de la de los ribosomas de bacterias o eucariontes. ró ni c o. Archaea Pr o Células procariontes. Los fosfolípidos de la membrana están formados por hidrocarburos largos y ramificados unidos al glicerol por uniones de tipo éter. ct el e Eukarya Células eucariontes. Los fosfolípidos de la membrana están formados por ácidos grasos lineales unidos al glicerol por uniones de tipo éster. El arn ribosómico de la subunidad pequeña de los ribosomas (18rarn) difiere de los procariontes entre las posiciones 585-656. Fo rm at o Los ribosomas, compuestos de dos subunidades, tienen un valor de sedimentación de 80S. Tabla 5.1 Características correspondientes a los tres dominios. (Fuente: Curtis et al., 2008). Las investigaciones recientes apuntan: que la diversidad de la vida surgió a partir de un microorganismo llamado luca (último ancestro común universal), el cual apareció hace 3500 millones de años y que define el árbol de manera simplificada, como se muestra a continuación: 149 � A lo largo de la historia de la taxonomía se han formulado diferentes propuestas con el fin de poder clasificar a los organismos: Linneo Haeckel Copeland Whittaker Margulis Woese Cavalier-Smith 1735 1866 1956 1969 1978 1990 1998 Tres reinos Cuatro reinos Cinco reinos Cinco reinos Tres dominios Animal Vegetal Plantae Animalia Protista Plantae Animalia Protista Monera (bacterias y cianofitas) Plantae Animalia Protista Monera Fungi (hongos) Plantae Animalia Protoctista (algas) Monera Fungi Archaea (arqueas) Bacteria (bacterias, cianobacterias) Eukaria (protistas, hongos, plantas, animales) Prokaryota Bacteria Eukaryota Animalia Plantae Fungi Chromista Protozoa ve Reinos / Dominios/ Imperios nt a Dos reinos Dos imperios y seis reinos su En 1937, Eduard Chatton –al descubrir que las bacterias carecían de núcleo– propuso los términos Procariota y Eucariota. ni c o. Pr o hi bi da El término biodiversidad se refiere a la gran variedad de organismos que viven en nuestro planeta (aproximadamente 2 millones censados o conocidos, de tal vez 10 millones existentes, según los expertos). Es evidente que todavía hay muchos más organismos por descubrir. Actualmente, el número de especies se distribuye de la siguiente manera: arqueas 300, bacterias 10,000, hongos 120,000, protistas 55,000, plantas terrestres 287,655, líquenes 17,000, vertebrados 58,808, invertebrados 1,240,000, algas 25,000. Dada la cantidad enorme de seres vivos que habitan en la Tierra, es necesario organizarlos de manera correcta en un sistema de clasificación. ró Actividad rm at o el e ct I. Mediante un mapa conceptual, define las diferencias entre la fenética, la cladística y la taxonomía evolutiva, a través de los cuales se clasifica a los seres vivos. (ver anexo 3) Fo B5 II. Con un ejemplo, define las categorías taxonómicas fundamentales. Además, investiga acerca de los sufijos que se utilizan en los nombres de las plantas. III.¿Cómo está estructurada y cómo funciona una clave taxonómica? ¿Quiénes las utilizan? 150 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla IV.La taxonomía ha cambiado a lo largo de los años, actualmente comprende las categorías Reino, Dominio e Imperios. ¿En qué año y qué autores fueron los artífices de estas propuestas? Pr o o. ni c DOMINIO BACTERIA (EUBACTERIAS) hi bi da su ve nt a V. Esquematiza el árbol filogenético universal y analiza los árboles bacterianos, los cuales se definen como parafiléticos. Investiga sobre Luca. el e ct ró El dominio Bacteria incluye organismos procariontes con pared celular de peptidoglucano. Pueden ser unicelulares, coloniales o pluricelulares. Inmóviles o no. Patógenos o no. Sus células carecen de plastos, retículo endoplásmico, Aparato de Golgi y otros organelos. Presentan reproducción asexual. Fo rm at o El dominio Bacteria incluye a las bacterias verdaderas o eubacterias: bacilos y cocos gramnegativos, bacilos y cocos grampositivos, espiroquetas, rickettsias, clamidias, actinobacterias, cianobacterias y micoplasmas (bacterias sin pared celular). Definición y características Las bacterias son organismos procariontes, generalmente unicelulares. Carecen de sistemas endomembranales. No tienen núcleo, mitocondrias, retículo endoplásmico, complejo de Golgi, lisosomas ni cloroplastos. Sus células contienen ribosomas, gránulos de almacenamiento (glucógeno, lípidos o compuestos fosfatados) y enzimas utilizadas en la respiración, fotosíntesis y fijación de nitrógeno. Los ribosomas se encuentran en el citoplasma, aislados o formando cadenas llamadas polirribosomas. Las células bacterianas exhiben diferentes formas, tamaños y agrupamientos. Con relación a la forma, ésta puede ser esférica (cocos), cilíndrica (bacilos), en espiral (espirilos y espiroquetas) y en coma (vibriones). Las Figura 5.2 Bacilos y Streptococcus. 151 � formas esféricas presentan un diámetro de 0.8 a 1 µm; en los bacilos el tamaño va de 1 a 5 µm x 0.5 a 0.8 µm, y las formas en espiral miden 5 a 12 µm x 0.2 a 0.5 µm. Por lo que respecta a la manera en que se agrupan, se pueden presentar en pares (diplococos), en número de cuatro (tétrada), en cadenas (estreptococos), en racimos (estafilococos) y en paquete (sarcina); los bacilos también pueden agruparse formando cadenas (estreptobacilos). ve nt a Las bacterias poseen una pared celular rígida que rodea la membrana citoplásmica. La pared celular bacteriana está constituida de peptidoglucano (azúcares y aminoácidos). Se tiñe utilizando la tinción de Gram, que permite dividirlas en dos grupos: grampositivas (Gram+) y gramnegativas (Gram–). Pr o hi bi da su Las paredes celulares de las bacterias grampositivas son gruesas y contienen peptidoglucano y ácido teicoico en el exterior. La pared de las bacterias gramnegativas tiene dos capas, una de peptidoglucano interna y una gruesa externa constituida de carbohidratos y lípidos (ver anexo 7). Figura 5.3 Tipos de bacterias. el e ct ró ni c o. Las bacterias se reproducen asexualmente por fisión binaria (la célula se divide en dos). Bajo condiciones óptimas, las bacterias pueden dividirse una vez cada 20 minutos. En este proceso de reproducción se duplica el adn bacteriano y se forma una pared transversal que divide a la bacteria en dos células hijas. En las bacterias no existe reproducción sexual (no hay formación de gametos). Sin embargo, las bacterias pueden intercambiar material genético mediante tres mecanismos: transformación, transducción y conjugación. o • Transformación: fragmentos de adn libres son captados por otra célula bacteriana. • Transducción: un bacteriófago transporta material genético de una bacteria a otra. • Conjugación: dos bacterias intercambian material genético. at rm Fo B5 Figura 5.4 Fisión binaria. 152 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Transferencia del DNA del plásmido de la bacteria F+ a la bacteria F-. Bacteria F+ Bacteria F+ ve Bacteria F- o receptora sin plásmido su Bacteria F+ o donadora con plásmido F replicado nt a Puente citoplasmático ró ni c o. Pr o hi bi da Las bacterias pueden ser autótrofas o heterótrofas. La mayoría de ellas son heterótrofas e incluyen formas saprobias (se alimentan de materia orgánica muerta) y parásitas (se alimentan de materia orgánica viva). Por lo que respecta a las bacterias autótrofas, éstas se dividen en fotosintéticas y quimiosintéticas. Las bacterias fotosintéticas obtienen energía de la luz, es decir, usan energía solar para elaborar glucosa. Las células de las cianobacterias contienen clorofila, pigmento que utilizan en el proceso fotosintético, durante el cual hay liberación de oxígeno (fotosíntesis oxigénica). En otras bacterias existen bacterioclorofilas para efectuar la fotosíntesis sin liberación de oxígeno (fotosíntesis anoxigénica). Las bacterias quimiosintéticas obtienen energía al oxidar sustancias inorgánicas (oxidan compuestos inorgánicos de Fe, N y S). at o el e ct La mayoría de las células bacterianas son aerobias, es decir, necesitan oxígeno atmosférico para sobrevivir; otras se desarrollan en ausencia de oxígeno (anaerobias estrictas) y algunas pueden existir en ambas condiciones (anaerobias facultativas). Normalmente respiran aeróbicamente, pero pueden cambiar a la respiración anaerobia cuando comienza a faltar el oxígeno. Fo rm Determinadas bacterias producen toxinas (exotoxinas y endotoxinas) que ocasionan diversos trastornos o la muerte. Algunas bacterias forman células en reposo denominadas endosporas, resistentes a la desecación, calor, radiación y sustancias químicas. Cuando las condiciones ambientales le son favorables a la bacteria, la endospora se activa en una célula bacteriana viva. Los géneros Bacillus y Clostridium son ejemplos de bacilos esporulados. Clostridium forma esporas que causan el botulismo, la gangrena y tétanos. Criterios de clasificación Las bacterias se pueden clasificar con relación a su morfología, agrupación, disposición de los flagelos y pared celular (grampositivas y gramnegativas). (ver anexo 8). 153 � Importancia de las bacterias Las bacterias representan un grupo importante de organismos, debido a que son utilizadas en diferentes campos: médico, agrícola, farmacológico, industrial, ecológico, etcétera. ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a • Causan pérdidas económicas a la agricultura. Las plantas afectadas presentan marchitamiento, pudrición, manchas foliares, hiperplasias (crecimiento anormal de tejido), etc. La vid, el manzano, el clavel, el rosal, el frijol, el ciruelo, la piña, el ajo, el apio, el jitomate, la zanahoria, entre otras, son algunas de las plantas que son infectadas por las bacterias. Entre los géneros que causan enfermedades bacterianas, se pueden citar: Agrobacterium, Corynebacterium, Erwinia, Pseudomonas y Xanthomonas. • Producen diversos antibióticos. • Se utilizan en la elaboración de mantequilla y queso. • Tienen importancia ecológica, ya que funcionan como organismos descomponedores y fijadores de nitrógeno. Las bacterias del suelo participan en la recirculación de los nutrientes en los ciclos del nitrógeno, oxígeno, carbono, fósforo y azufre. Determinadas bacterias transforman el nitrógeno atmosférico en formas asimilables que pueden utilizar las plantas. • Producen acetona. • Las bacterias lactoacidófilas se utilizan en la elaboración de yogurt. • Causan numerosas enfermedades en el humano: neumonía, sífilis, meningitis, otitis, sinusitis, amigdalitis, prostatitis, etcétera. • Algunas bacterias intervienen en la fertilidad del suelo, por ejemplo, Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter y Rhizobium. ct ró Actividad o el e I. La clasificación moderna fue reformada por lo complicada que ha sido para los bacteriólogos obtener grupos, ya que los criterios de clasificación se quedan cortos para estos organismos; por ejemplo, las clamidias por definición no poseen pared y no obstante son gramnegativas, lo que resulta contradictorio si recuerdas que la Tinción de Gram se da por el reconocimiento químico a nivel de la pared. ¿Crees que hay rasgos suficientes para este enorme cambio con la taxonomía de este grupo de organismos? at rm Fo B5 II. La biotecnología y la clonación son conceptos de moda, en los cuales las bacterias tienen un papel muy importante. Define cada uno de estos y anota dos ejemplos. 154 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Cianobacterias (Bacterias verde-azules) Figura 5.5 Calothrix. Filamento con vaina, célula y heterocistos. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Las cianobacterias son organismos procariontes fotosintéticos, los cuales pueden ser unicelulares, coloniales y pluricelulares. Sus células poseen una pared celular (constituida de peptidoglucano), la cual en ocasiones está rodeada por una vaina gelatinosa, hialina o estratificada. En las formas coloniales, las células se encuentran inmersas en una matriz o envoltura gelatinosa. En las formas pluricelulares a la hilera de células se le denomina tricoma. Cuando éste se encuentra rodeado por una vaina recibe el nombre de filamento. En algunos géneros de cianobacterias se presentan varios tricomas dentro de un filamento. Figura 5.6 Hydroleum. Filamento con varios tricomas rodeados por una vaina gelatinosa. Fo Las cianobacterias no presentan flagelos ni plastos; la clorofila, y los pigmentos carotenoides se localizan en laminillas fotosintéticas llamadas tilacoides. Además, existen otros pigmentos llamados ficobilinas: c-ficoeritrina (rojo) y cficocianina (azul) que se localizan en los ficobilisomas. Las cianobacterias son los únicos organismos procariontes que realizan la fotosíntesis para producir oxígeno en una forma similar a la de las plantas. En este proceso fotosintético aeróbico, el agua es el donador de hidrógeno y se libera oxígeno molecular. La membrana citoplasmática rodea al citoplasma; en éste se localizan el adn o nucleoplasma, así como diferentes tipos de granulaciones (gránulos de poliglucano, cianoficina y polifosfato). Las células de las cianobacterias contienen almidón cianofíceo como nutriente de reserva. Algunas especies tienen en sus células vacuolas de gas que les permiten flotar en el agua. La reproducción es únicamente asexual y puede ser por fisión binaria, fragmentación de una co155 � lonia, formación de hormogonios (segmentos pluricelulares separados por discos de separación), formación de aquinetos (células de pared gruesa), formación de exosporas y endosporas, etc. Algunos géneros de cianobacterias forman heterocistos (células cuya función es la fijación de nitrógeno). Las cianobacterias habitan aguas termales, marinas y dulceacuícolas, creciendo también sobre rocas, suelo, árboles, etcétera (ver anexo 9). Importancia de las cianobacterias su ve nt a • En los Ecosistemas marinos son productores primarios. • Los géneros Nostoc y Anabaena fijan nitrógeno atmosférico (N2). • Los géneros Microcystis, Anabaena y Aphanizomenum producen toxinas que causan la muerte del ganado vacuno o de las aves al beber agua contaminada. • Participan en formaciones calcáreas llamadas estromatolitos. • El género Spirulina se utiliza para elaborar galletas, polvo para preparar bebidas como suplemento alimenticio, mazapanes, tabletas, etcétera. bi da Actividad I. Define y esquematiza cada uno de los tipos de bacterias: Definición Esquema Pr o hi Bacterias el e ct ró 2. Bacilos ni c o. 1. Cocos rm at o 3. Espiroquetas Fo B5 4. Vibriones II. Las bacterias no poseen un núcleo propiamente dicho; no obstante, para los citólogos la región donde se localiza el material genético se define como núcleo procarionte. ¿A qué se refieren? III.Investiga: 1. ¿Cuál es la utilidad de las bacterias y cianobacterias como biofertilizantes? 2. ¿Qué son los estromatolitos? 3. Investiga problemas actuales relacionados con las bacterias. 156 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla ( ) ( ) ( ) ( ) bi da hi Pr o o. Actividad ni c Observación de bacterias y cianobacterias Conjugación Fisión Transformación Transducción su 1. Mecanismo de reproducción asexual cada 20 minutos mediante la duplicación del adn. 2. Transporte del material genético de una bacteria a otra (fago). 3. Intercambio de material entre dos bacterias a través de un puente citoplasmático. 4. Captura de fragmentos de adn libre por parte de bacterias. ve V. Las bacterias se perpetúan mediante mecanismos asexuales y otros que no son realmente sexuales, porque no forman gametos. Se conocen cuatro formas de reproducción en las bacterias, las cuales se definen a continuación y que deberás asociar con el concepto respectivo: nt a IV.Ademas del material genético, en algunas bacterias existe un episoma o plásmido que se intercambia por conjugación, el cual le da otra característica a la bacteria receptora. Por tal razón, se presenta una forma de sexualidad en algunas bacterias, o bien se produce la resistencia a antibióticos. ¿Cómo puedes explicar esto? Introducción rm at o el e ct ró Las bacterias generalmente son organismos unicelulares que se reproducen por fisión binaria, aunque en algunas de ellas existe recombinación genética. En relación con su forma, ésta puede ser esférica (cocos), cilíndrica (bacilos) o helicoidal (espirilos). Los cocos pueden formar agrupaciones: en pares (diplococos), en cuatro (tétrada), en cadena (estreptococos), en racimo (estafilococos), etc. Los vibrios tienen forma de coma. Los espirilos son más largos, en forma de espiral y flagelados polarmente. Fo Las bacterias se tiñen con el método de Gram, clasificándose en dos grupos: grampositivas (color violeta) y gramnegativas (color rojo). Algunos géneros representativos son: Salmonella, Staphylococcus, Rhizobium, Escherichia, Bacillus, Shigella, Treponema, Proteus, Neisseria, Streptococcus, Vibrio y Spirillum. Los estafilococos son células esféricas grampositivas que se agrupan para formar racimos irregulares. Staphylococcus aureus es un representante patógeno, con células de aproximadamente 1 µm de diámetro. Los estreptococos presentan células esféricas que se unen para formar cadenas. Las cianobacterias son organismos de color azul-verde. Carecen de reproducción sexual, plastos y flagelos. La reproducción asexual se efectúa por medio de hormogonios, aquinetos y esporas. Presentan clorofila y otros pigmentos (betacaroteno, c-ficoeritrina, c-ficocianina, aloficocianina, mixoxantina y 157 � mixoxantofila). Habitan en medios marinos, dulceacuícolas, termales y terrestres. En las cianobacterias existen diferentes tipos de talo; hay formas unicelulares (Chroococcus, Synechocystis), coloniales (Gloeocapsa, Aphanothece, Microcystis, Merismopedia, Eucapsis, etc.) y filamentosas (Oscillatoria, Lyngbya, Spirulina, Arthrospira, Phormidium, Scytonema, Nostoc, etc.). Pr o hi bi da su ve Material Microscopio compuesto Portaobjetos Cubreobjetos Goteros Agujas de disección Lápices de colores Cianobacterias:1 Oscillatoria Spirulina2 Nostoc Chroococcus Frotis bacterianos (estreptococos y estafilococos).3 nt a Objetivo Conocer organismos representativos del reino Monera. ni c o. Método A. Observación de bacterias (Staphylococcus y Streptococcus) 1. Observar los frotis en el microscopio con el objetivo de mayor aumento. Ver forma y agrupamiento. 2. Hacer esquemas. rm at o el e ct ró B. Observación de Oscillatoria 1. Efectuar una preparación temporal con agua que contenga filamentos de Oscillatoria. Observar en el microscopio con el objetivo de mayor aumento: forma del tricoma, forma y color de las células, paredes transversales, granulaciones, discos de separación y hormogonios. 2. Hacer esquema. 3. Corroborar la observación con la preparación fija de Oscillatoria. Fo B5 C. Observación de Spirulina 1. Elaborar una preparación temporal con una muestra de agua que contenga Spirulina. Observar en el microscopio con el objetivo de mayor aumento: espiras, forma y color del tricoma. 2. Hacer esquema. D. Observación de Chroococcus 1. Efectuar una preparación temporal con una muestra de agua que contenga Chroococcus. Observar en el microscopio con los objetivos de mayor aumento: forma y color de las células vegetativas, pared celular, granulaciones, matriz gelatinosa. Ver formas coloniales. 2. Hacer esquema. Las cianobacterias habitan en medios marinos, dulceacuícolas y termales. Se pueden observar en material fresco o preservado en agua y formol a 4%. 2 Se puede sustituir por el género Arthrospira, cianofícea con tricoma helicoidal y paredes transversales. 3 Solicitarlos en laboratorios de análisis clínicos o elaborarlos con el método de tinción de Gram. 1 158 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla E. Observación de Nostoc 1. Colocar la preparación fija de Nostoc en el microscopio y observar con el objetivo de mayor aumento: tricoma, forma y color de las células, heterocistos y matriz gelatinosa. 2. Hacer esquema. ve su bi da hi 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. ¿Qué organismos se incluyen en el Reino Monera? ¿Qué forma presentan las bacterias observadas? ¿De qué color se observan al teñirse con el método de Gram? ¿Cómo se agrupan las bacterias en Staphylococcus? ¿Qué color presentan las células de las cianobacterias observadas? ¿Qué forma tienen las células de Oscillatoria?, ¿el tricoma es constricto? ¿Cómo son los hormogonios que tiene el tricoma de Oscillatoria? ¿Qué los separa? ¿Qué géneros de algas cianobacterias son filamentosos? ¿Cuál género observado es colonial? ¿Cuál género observado es unicelular? ¿Cuáles cianobacterias tienen matriz gelatinosa? ¿Qué aspecto tiene la matriz gelatinosa en Chroococcus? ¿Qué género presenta heterocistos? ¿Cómo es el tricoma de Spirulina? ¿En dónde se encuentran ubicados los heterocistos en el tricoma de Nostoc? Pr o 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. nt a Cuestionario o. Investiga ni c Los términos tricoma, hormogonio y heterocisto. ct ró Sugerencias Fo rm at o el e Observar bacterias en el yogurt, utilizando el método de tinción de Gram: 1. Hacer un frotis con una gota de yogurt. 2. Fijar el frotis con calor. 3. Cubrir con cristal violeta (1 minuto). 4. Lavar con agua. 5. Cubrir con lugol (1 minuto). 6. Lavar con agua. 7. Decolorar con alcohol-acetona (15 segundos). 8. Lavar con agua. 9. Cubrir con safranina (30 segundos). 10. Lavar con agua. 11. Dejar secar al aire. Las bacterias grampositivas retienen el cristal violeta y yodo, permaneciendo de color azul o violeta. Las células gramnegativas se decoloran con el alcohol y fijan la safranina, apareciendo de color rojo. 159 � DOMINIO ARCHAEA (ARQUEAS)* nt a Definición y características hi bi da su ve Las arqueas se encuentran en ambientes extremos que semejan las condiciones existentes en la Tierra primitiva. Son microorganismos procariontes y unicelulares, los cuales viven libres o formando agregados. Las células son pequeñas y miden de 0.1 y mas de 15 µm. Morfológicamente se parecen a las bacterias, ya que ambas tienen forma de bacilo, coco o espirilo. Los bacilos son rectos, curvos, helicoidales o con bifurcación. Los cocos tienen forma regular o irregular y pueden permanecer libres o formar grupos de cuatro células (tétradas). Algunas células de las arqueas también presentan forma lobulada, triangular y cuadrada. En las arqueas existen formas aerobias o anaerobias, estrictas o facultativas. La reproducción se realiza por medio de fisión binaria principalmente. No hay formación de esporas. La pared celular carece de peptidoglucano y en su lugar tiene polisacáridos, glicoproteínas y proteínas. En otras arqueas, como las metanógenas, la pared celular está constituida de seudopeptidoglucano. La membrana plasmática carece de colesterol y en ésta los lípidos polares están formados por hidrocarburos largos y ramificados de tipo isoprenoide, unidos al glicerol por uniones de tipo éter. Presentan un cromosoma circular. Las arqueas se caracterizan por habitar ambientes donde las condiciones son extremas, es decir, temperaturas muy altas o muy bajas (superiores a 100°C e inferiores a 0°C), concentraciones altas de salinidad (superiores a las del agua de mar) y pH extremos. o el e ct ró ni c o. Pr o Las arqueas y las bacterias son similares en forma y tamaño;pero existen diferencias importantes en su bioquímica El dominio Archaea se divide en dos grupos: Crenarcheota y Euryarcheota. El grupo Crenarcheota comprende microorganismos hipertermófilos que requieren temperaturas muy altas para crecer. La mayoría necesitan sulfuro para poder desarrollarse. Habitan en géiseres y aguas calientes. at rm Fo B5 El grupo Euryarcheota incluye organismos metanogénicos, halófilos y acidófilos. Las arqueas metanógenas son anaerobias obligadas. Producen gas metano a partir de bióxido de carbono e hidrógeno. Se les encuentra en pantanos, drenajes, sedimentos marinos y de agua dulce, en el tracto intestinal de animales como la vaca y en el aparato digestivo del hombre. Las arqueas halófilas son microorganismos heterótrofos aerobios. Algunas efectúan la fotosíntesis por medio de un pigmento púrpura. Habitan en regiones extremadamente salinas, por ejemplo, en el mar Muerto. Las bacterias termoacidófilas generalmente se encuentran en sitios calientes y a veces ácidos. * Otros autores las denominan Arqueos o Arqueobacterias 160 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Criterios de clasificación Hasta hace poco las arqueobacterias se incluían en el Reino Monera. En 1990, Carl Woese propuso ubicarlas en un dominio separado que denominó Archaea. En la actualidad se conocen aproximadamente 300 géneros. El dominio Archaea comprende cuatro reinos: Crenarcheota, Euryarcheota, Korarcheota y Nanoarcheota (ver anexo 10). su ve • Las enzimas de Pyrococcus se usan para elaborar alimento a altas temperaturas, como leche baja en lactosa y suero de leche. • Las metanógenas se utilizan en el tratamiento de aguas residuales. Realizan la digestión anaeróbica de los residuos produciendo biogas. • Las arqueas acidófilas se usan en la extracción de oro y cobre. nt a Importancia de las Archaea bi da Actividad ni c o. Pr o hi Las Archaea se pueden tipificar como los seres más antiguos de nuestro planeta, pero también como los que se han adaptado a todas las condiciones que prevalecen. Sobreviven en ambientes extremos, por esta razón se estan utilizando en procesos de depuración y descontaminación de ecosistemas. ¿Qué entiendes por esto? o el e ct ró Proyecto: La arqueobacteria Ferroplasma acidiphilum, es para la ciencia moderna, el organismo original de nuestro planeta, a partir del cual surgieron todos los organismos actuales. Investiga en qué país se encontró, aisló y estudió, cuál es su materia prima (alimento) y en qué ambientes se encuentra en la actualidad. Fo rm at Con esta información elaborarán un periódico mural en el salón. DOMINIO EUKARYA (EUCARIONTES) Definición y características Los organismos incluidos en este dominio tienen células eucarióticas (núcleo con envoltura nuclear); los organelos están rodeados por una membrana. Sus células son más complejas y generalmente más grandes que las procarióticas; 161 � la mayoría de sus miembros son pluricelulares. La nutrición puede ser por absorción, ingestión o fotosíntesis (protistas), por absorción (hongos), mediante fotosíntesis (plantas) y por ingestión (animales). En el dominio Eukarya se incluyen los reinos Protista, Fungi, Plantae y Animalia. Criterios de clasificación nt a Existen diferentes criterios para clasificar a los organismos incluidos en el dominio Eukarya, debido a que constituyen grupos muy heterogéneos y cada uno de ellos presenta características muy diferentes. A continuación se mencionan algunos rasgos de importancia que se emplean en su clasificación: ve Protozoarios: órganos de locomoción (seudópodos, cilios o flagelos). bi da su Algas: estructura celular, reproducción, forma y coloración del talo, naturaleza de los pigmentos fotosintéticos, composición de la pared, tipo de flagelos, etcétera. hi Hongos: características morfológicas y reproductivas (esporas y cuerpos fructíferos). Pr o Plantas: características reproductoras (partes florales y tipos de semillas), características vegetativas (raíces, hojas, tallos y tejidos). ni c o. Animales: capas embrionarias, presencia o ausencia de celoma, metamerización, simetría y origen de la boca. el e ct ró A continuación se describen cada uno de los reinos incluidos en el dominio Eukarya: Reino Protista o Protoctista o Este reino incluye organismos eucariontes. Unicelulares, coloniales, cenocíticos y pluricelulares. Fotosintéticos o no fotosintéticos. Nutrición por absorción, ingestión y fotosíntesis. Móviles o inmóviles. Los móviles se desplazan por medio de cilios, flagelos o seudópodos. Con reproducción asexual y sexual. El reino Protista comprende a los protozoarios, algas y protistas micoides o fungoides. at rm Fo B5 Protozoarios Los protozoarios son organismos eucarióticos y unicelulares. De vida libre o parásitos. Generalmente presentan membrana celular, pero en algunas formas existen cubiertas de celulosa o un caparazón calcáreo. La locomoción es a través de flagelos, cilios o seudópodos. Son heterótrofos, es decir, obtienen su alimento del medio. Con frecuencia se reproducen asexualmente por fisión binaria y pluripartición, aunque también recurren a complejos mecanismos sexuales. En Paramecium se presenta la reproducción sexual por conjugación, donde dos individuos intercambian material genético. Algunos protozoarios 162 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla como la amiba forman quistes, cuando las condiciones ambientales son desfavorables. Al romperse el quiste, surge una forma activa llamada trofozoito. Los protozoarios habitan medios acuáticos y terrestres o pueden vivir dentro de otros organismos. Los protozoarios comprenden los siguientes phyla: Figura 5.7 Amiba. Seudópodos. o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve Los rizópodos son organismos que se mueven por medio de seudópodos, extensiones de la membrana celular que también les permite atrapar y englobar partículas alimenticias por medio de fagocitosis. Son heterótrofos. Algunos son parásitos y otros de vida libre. nt a • Phylum Rhizopoda o Sarcodina rm at Géneros representativos: Amoeba y Entamoeba. Fo • Phylum Foraminifera Los foraminíferos son organismos generalmente marinos, con un esqueleto llamado testa (concha calcárea) con numerosos poros, a través de los cuales se extienden proyecciones citoplasmáticas que intervienen en la locomoción. Figura 5.8 Foraminífero. (Philip Harris) Géneros representativos: Rotalia, Globigerina, Camerina. 163 � • Phylum Actinopoda Los actinópodos son organismos que presentan largas y delgadas proyecciones citoplasmáticas llamadas axópodos, éstas salen a través de los poros del esqueleto. Género representativo: Actinosphaerium • Phylum Mastigophora ve nt a Los mastigóforos son protozoarios unicelulares que se mueven por medio de uno o más flagelos. La mayoría son heterótrofos y parásitos. Generalmente carecen de pared celular. ct ró ni c o. Pr o hi bi da su Géneros representativos: Trypanosoma, Leishmania, Trichomonas, Giardia, Trichonympha. rm at o el e • Phylum Ciliophora Fo B5 Figura 5.9 Paramecium. La locomoción en los cilióforos se realiza por medio de cilios. Son heterótrofos. Presentan estructura compleja y la mayoría poseen macronúcleo y micronúcleo, así como vacuolas pulsáiles. Se considera el grupo de protozoarios más evolucionado. Habitan en medios dulceacuícolas y marinos. Paramecium caudatum es un protozoario ciliado que habita en estanques y charcos de agua dulce. Mide de 150 a 300 µm de largo. Este organismo tiene un extremo anterior que es curvo y uno posterior más puntiagudo. En la superficie presenta numerosos cilios, pelos cortos que intervienen en la locomoción. Cerca de la superficie existen pequeños organelos denominados tricocistos. El citoplasma se divide en un ectoplasma claro y un endoplasma granular. La película es una membrana elástica situada en la superficie externa del ectoplasma. Las vacuolas contráctiles se encuentran próximas a cada lado del cuerpo y eliminan el exceso de agua de la célula. Las vacuolas digestivas son organelos de diferentes tamaños, de número variable y contienen materiales en digestión. El macronúcleo controla funciones metabólicas y el micronúcleo interviene en 164 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a la reproducción (ambos se localizan cerca de la abertura de la boca). En el extremo posterior del surco oral está la boca o citostoma, abertura que continúa en un conducto corto, la citofaringe. El citopigio, citoprocto o ano es un orificio localizado en la parte posterior de la cavidad oral e interviene en la eliminación de los desechos. Paramecium se reproduce por fisión binaria y conjugación. En la fisión binaria, el organismo se divide transversalmente en dos nuevos individuos. La conjugación es un proceso sexual en el que hay intercambio de material nuclear entre dos individuos con la participación del micronúcleo. Paramecium. Reproducción asexual (fisión binaria) Fo rm at o Géneros representativos: Paramecium, Stentor, Vorticella, Stylonychia, Balantidium. 165 � • Phylum Sporozoa Los esporozoarios son protozoarios, parásitos inmóviles y heterótrofos. Se caracterizan por formar esporas y presentan ciclos de vida complejos. Los esporozoarios causan enfermedades. Géneros representativos: Plasmodium, Gregarina y Monocystis. nt a Importancia sanitaria de los protozoarios Aunque no todos los protozoarios son parásitos del hombre, es necesario mencionar a los que causan verdaderos problemas en el sector salud: Enfermedad Entamoeba histolytica Ocasiona la disentería amibiana que se transmite por el agua y alimentos contaminados. Las amibas pueden provocar ulceraciones intestinales, disentería, abcesos en el hígado y otros órganos. Entamoeba gingivalis Habita en la boca del ser humano. Puede producir piorrea. Trypanosoma gambiense Produce el mal del sueño. Se transmite por la picadura de la mosca tse-tse. Trypanosoma cruzi Plasmodium malarie* Plasmodium vivax* Plasmodium falciparum* Causa la enfermedad de Chagas o tripanosomiasis sudamericana transmitida por la chinche besucona. Leishmania donovani Trichomonas tenax Trichomonas vaginalis Causa la fiebre dumdum o kala-azar transmitida por la mosca Phlebotomus. o. Pr o hi bi da su ve Protozoario ni c Produce paludismo con fiebre cada 72 horas. Ocasiona malaria o paludismo con fiebre cada 48 horas. ró ct el e o at rm Fo B5 Produce la forma de paludismo más peligrosa, ya que provoca la muerte. Vive en el sarro dental del ser humano. Ocasiona inflamación en el aparato urinario de la mujer y la vagina. Trichonympha Puede digerir la celulosa y vivir en el aparato digestivo de las termitas. Balantidium coli Parasita el intestino del hombre, en donde causa úlceras y disentería balantidiana. Monocystis lumbrici Parásito de la lombriz de tierra. Gregarina Se localiza en el intestino del saltamontes, cucarachas y gusanos de la harina. Coccidia Parásito del conejo. * El paludismo se transmite por el piquete del mosquito hembra Anopheles. 166 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Fo rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve Las algas son organismos no vasculares fotosintéticos y eucariontes. El talo representa el cuerpo de las algas, el cual se caracteriza por no presentar verdaderas raíces, tallos y hojas, y además carecer de tejidos de conducción (xilema y floema). Los talos de las algas pueden ser desde unicelulares, pasando por las formas coloniales, cenocíticas, filamentosas, seudoparenquimatosas y parenquimatosas. Están provistos de clorofila asociada con otros pigmentos como carotenos y xantofilas, que les proporcionan diferentes coloraciones (roja, verde, café, dorada, etc.). En algunas algas, el talo se impregna de sustancias minerales, como es el caso de las diatomeas, cuyas frústulas están constituidas de sílice; en otros géneros de algas verdes y rojas se depositan sales de calcio en sus paredes celulares. Estos organismos se reproducen asexualmente por fragmentación del talo, bipartición, formación de esporas, propágulos, zoidocistos, etc. Sexualmente forman gametos en estructuras denominadas gametangios. La reproducción implica la fusión de células sexuales o gametos. Si el aspecto de los gametos es idéntico, se llaman isogametos; si es distinto, anisogametos. Por ejemplo, en el alga verde Ulothrix se presenta la isogamia, en la cual ambos gametos son morfológicamente iguales (mismo tamaño y móviles). La reproducción en Ulva es por anisogamia; los gametos son de forma diferente (el femenino es grande y móvil y el masculino pequeño y móvil). En la feofícea Fucus se da la oogamia (donde el gameto femenino es grande e inmóvil y el masculino pequeño y móvil). nt a Algas 167 � bi da su ve nt a Las algas habitan medios marinos, dulceacuícolas y termales. En las costas, se desarrollan principalmente sobre sustratos rocosos y rocoso-arenosos soportando el fuerte oleaje. Otras especies crecen en oquedades de las rocas llamadas cubetas, que se convierten en medios favorables para el arraigo y crecimiento de determinado tipo de algas. La flora algal se encuentra distribuida en los pisos supralitoral, litoral e infralitoral, ubicándose la mayoría de las especies en los dos últimos. Las formas dulceacuícolas viven en ríos, lagunas, estanques, charcos, etc. Otras algas crecen en la tierra, arena, nieve, sobre animales, como epífitas de algas mayores, etc. Frecuentemente establecen simbiosis con otros organismos como hongos, hepáticas, animales y plantas superiores. Algunos invertebrados como los corales, las esponjas, las medusas, las anémonas y las almejas poseen algas simbiontes en el interior de sus células, llamadas endosimbiontes; un ejemplo lo constituyen, las zooxantelas, algas que se encuentran en el interior de los corales y anémonas de mar. Otra asociación es el alga verde unicelular Chlorella, la cual se hospeda en la hidra y en el Paramecium. Diversas algas microscópicas (generalmente unicelulares y cianobacterias) forman parte del plancton. Otras algas se desarrollan fijas en el fondo marino, formando parte del bentos (algas bentónicas). rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi El talo en las algas puede ser: unicelular (Chlamydomonas), colonial (Scenedesmus), pluricelular, filamentoso (Rhizoclonium), tubular (Enteromorpha), laminar (Ulva), en forma de abanico (Padina), en forma de globo (Colpomenia), en forma de hoja (Anadyomene), en forma de sombrilla (Acetabularia), complejo (Sargassum, Nereocystis y Turbinaria), calcificado (Cymopolia), no calcificado (Chladophora), etcétera. Fo B5 168 Colpomenia Ulva lactuca Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Fo rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Cymopolia 169 su Anadyomene (Fuente: Taylor, 1972) Acetabularia (Fuente: Taylor, 1972) at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da ve nt a � rm Fo B5 Clorofícea. Filamento ramificado. Turbinaria (Fuente: Taylor, 1972) Para mayor información, revisa las características de los diferentes grupos de algas que se muestran en el anexo 11. Importancia de las algas • Diversas algas marinas verdes, cafés y rojas son utilizadas en algunos países como alimento (Chile, China, Japón, Corea, Hawai, Filipinas, etc.). Con las algas se pueden elaborar diversos platillos, al ser usadas como verdura en sopas, ingrediente de ensaladas, mezcladas con pescado y res, en rollos de arroz, en estofados, como postre, etcétera. Entre los géneros de algas marinas utilizados en la alimentación humana, se pueden citar los siguientes: 170 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Japón Japón Japón Chile Japón Irlanda y Escocia ve Otros géneros de consumo humano son: Alaria y Sargassum (algas cafés), Caulerpa y Monostroma (algas verdes), Hypnea y Chondrus (algas rojas). Las frústulas de las diatomeas se depositan en el fondo del mar formando la tierra de diatomeas (diatomita), que se utiliza para pulir lentes de microscopios y telescopios, así como material de relleno en pinturas, barnices y papeles. Determinados dinoflagelados producen mareas rojas tóxicas que provocan la muerte masiva de peces. Por ejemplo, el género Gonyaulax sintetiza una toxina llamada Saxitoxina que afecta al sistema nervioso de las personas que consumen marisco contaminado. Las toxinas del dinoflagelado Gymnodinium breve también provocan síntomas neurotóxicos, así como irritación de la piel y ojos en nadadores. El agar es un polisacárido que se encuentra en las paredes de algunas algas rojas (Gelidium y Gracilaria). Se usa en bacteriología para fabricar medios de cultivo, como laxante o para elaborar dulces y gelatinas. De Chondrus crispus (alga roja) se obtiene la carragenina, un polisacárido que se usa para elaborar helados, flanes, cremas, batidos, pastas de dientes, etcétera. Los géneros Lithothamnion y Porolithon (algas rojas) presentan talos fuertemente calcificados. Son importantes debido a que intervienen en el crecimiento de arrecifes coralinos. El ácido algínico o algina se extrae de la pared celular de las algas cafés, principalmente de los géneros Laminaria, Ascophylum, Macrocystis, Ecklonia, Lessonia, Durvillaea y Laminaria. El uso de los alginatos se debe a sus propiedades de alta viscosidad y facilidad para formar geles. Se utilizan en la fabricación de alimentos como espesadores, es decir, para dar más cuerpo. Con los alginatos se fabrican helados, cremas, quesos, merengues, bebidas dietéticas, dips, dulces, ungüentos medicinales, cemento para construcción, pinturas, forros de papel, barnices para uñas, pastas de dientes, etcétera. Determinadas algas son fuentes naturales de yodo. Las algas son indicadores importantes de la contaminación de aguas, y ellas mismas en determinadas circunstancias se constituyen en elementos de contaminación. Las algas sirven de alimento y abrigo para diversos animales marinos. En Escocia e Islandia se utilizan las algas cafés (Laminaria, Fucus y Ascophyllum) en la fabricación de harinas nutritivas para ganado. En China algunas especies de Sargassum (alga café) se usan como forraje. Las algas son los principales productores en los ecosistemas acuáticos. Pr o o. ni c Fo rm at o • ró • ct • el e • hi bi da • País su • Nombre común Aosa Awo-nori Kombu Cochayuyo Nori Dulse nt a Género Ulva (alga verde) Enteromorpha (alga verde) Laminaria (alga café) Durvillaea (alga café) Porphyra (alga roja) Rhodymenia (alga roja) • • • • • • 171 � Protistas micoides o fungoides Los mohos deslizantes plasmodiales, mohos deslizantes celulares y mohos acuáticos se incluyen en los siguientes phyla: • Phylum Myxomycota (Mohos plasmodiales deslizantes) ve nt a Los mixomicetos carecen de pigmentos fotosintéticos. Forman un plasmodio multinucleado viscoso que se desliza sobre humus y troncos en descomposición, alimentándose de bacterias, levaduras y esporas por fagocitosis. Se reproducen por medio de esporas formadas en esporangios. Habitan en el suelo, hojarasca, madera putrefacta, etc. Existen unas 500 especies. bi da • Phylum Acrasiomycota (Mohos deslizantes celulares) su Géneros representativos: Physarum, Fuligo, Echinostelium, Physarella, Leocarpus. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi En los acraciomicetos la forma vegetativa es unicelular con aspecto de amiba. La forma reproductiva es un seudoplasmodio formado por la unión de muchas células juntas, pero independientes a la vez, es decir, conservan sus membranas plasmáticas. El seudoplasmodio forma un cuerpo fructífero pedunculado llamado sorocarpo, que contiene esporas. Las esporas al germinar liberan células ameboides (mixamebas). Estos organismos se deslizan sobre troncos podridos, hojarasca, suelo y agua dulce, alimentándose de bacterias. Existen aproximadamente 70 especies. Fo B5 Géneros representativos: Acrasis, Guttulina, Dictyostelium, Polysphondylium, Actyostelium. 172 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla • Phylum Oomycota (Mohos acuáticos) Géneros representativos: Phytophthora, Saprolegnia, Achlya, Plasmopara, Peronospora, Sapromyces. bi da su ve Los oomicetos son importantes por las enfermedades que producen en algunos seres vivos: Saprolegnia diclina parasita peces. Phytophtora infestans produce el tizón tardío de la papa. Plasmopara viticola parasita la vid y ocasiona el mildiú velloso de la vid. Ataca a flores, hojas y uvas. nt a Los oomicetos presentan micelio con hifas cenocíticas (sin paredes transversales y multinucleadas). La pared celular está constituida principalmente por celulosa. Su característica más importante es la formación de zoosporas biflageladas. Presentan reproducción asexual y sexual. Dependen del agua para reproducirse. Existen alrededor de 580 especies. hi Actividad Pr o Investiga y anota algunos ejemplos de protistas que presenten las siguientes características: ct ró ni c o. 1. Vida libre: at o el e 2. Simbiontes: Fo rm 3. Saprobios: 4. Parásitos: Reino protista Introducción Reino Protista. Organismos eucariontes. No forman embrión. Son unicelulares, coloniales o pluricelulares. Fotosintéticos o no fotosintéticos. Con reproducción asexual y sexual. Incluye algas, protozoarios y hongos mucilaginosos. Objetivo Conocer organismos representativos del Reino Protista. 173 � Material ve nt a Microscopio compuesto Cubreobjetos Portaobjetos Goteros Recipientes Lápices de colores Muestra de agua con Euglena Muestra de agua con Paramecium Muestra de agua con diatomeas Plancton marino o dulceacuícola1 Algas macroscópicas verdes, cafés y rojas (material vivo, fijado en formol o herborizado)2 su Método bi da A. Observación de diatomeas y dinoflagelados en plancton ni c o. Pr o hi 1. Efectuar una preparación temporal con una gota de fitoplancton. Observar en el microscopio con el objetivo de mayor aumento: forma, estructura y ornamentación de las diatomeas céntricas y pennadas. En Ceratium: forma del talo, epiteca, hipoteca, cuernos, flagelos, cíngulo y sulco (sólo es observable en vista ventral). 2. Hacer los esquemas. ró B. Observación de diatomeas at o el e ct 1. Elaborar una preparación temporal con una gota de agua que contenga diatomeas. Observar en el microscopio: forma, plasto y ornamentación de las diatomeas. Ver rafe, nódulos polares y nódulo central en diatomeas pennadas. 2. Hacer un esquema. rm C. Observación de Euglena Fo B5 1. Efectuar una preparación temporal con agua que contenga Euglena. Observar en el microscopio con el objetivo de mayor aumento: forma, flagelo, estigma, plasmalema, granos de paramilo y plastos. Ver movimiento. 2. Hacer un esquema. D. Observación de Paramecium 1. Elaborar una preparación temporal que contenga Paramecium. Observar en el microscopio con el objetivo de mayor aumento: cilios, membrana citoplasmática, vacuolas, núcleos, surco oral y citoplasma. 2. Hacer un esquema. 1 Solicitarlo en la Facultad de Biología. Las algas se pueden colectar en playas del estado de Veracruz (La Mancha, Villa Rica, Boca Andrea, Punta Morro, Monte Pío, escolleras de la ciudad de Veracruz, etc.). 2 174 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla E. Observación de algas verdes, cafés y rojas 1. Colocar las algas en recipientes con agua y observar la forma, el tamaño y el color de los talos. 2. Hacer esquemas. o. Pr o hi bi da su ve 1. ¿Qué forma tienen las diatomeas observadas? 2. ¿De qué está constituida su ornamentación? 3. ¿Cuántos cuernos presenta Ceratium? ¿Cómo son? 4. ¿Qué nombre recibe el cuerno largo que se prolonga de la epiteca? 5. ¿Se observan placas en el talo de Ceratium? 6. ¿Cuántos surcos se observan en Ceratium? ¿Qué nombre reciben? 7. ¿Cómo se llama el surco transversal? 8. ¿Cuántos cuernos antapicales tiene Ceratium? 9. ¿Qué tipo de simetría presenta Coscinodiscus? 10.¿Qué forma tiene Euglena? 11.¿En dónde se localiza el flagelo? 12.¿De qué color se observa el estigma? ¿En qué parte de las células se localiza? 13.¿Presenta Euglena pared celular? 14.¿Qué forma tienen los granos de paramilo? 15.¿Qué forma tiene Paramecium? 16.¿En dónde se ubican los cilios? 17.¿Qué estructuras se observaron? 18.¿De qué color es el talo de las clorofíceas, feofíceas y rodofíceas observadas? nt a Cuestionario ni c Investiga ró Las divisiones en las que se incluyen los organismos observados. el e ct Sugerencias at o Observar diatomita (depósitos sedimentarios formados por la acumulación de las paredes de sílice de las diatomeas). Este material contiene un gran número de diatomeas fósiles céntricas y pennadas. rm Actividad Fo Completa el siguiente cuadro: Rhizopoda Mastigophora Ciliophora Sporozoa Tipo celular Apéndice de locomoción Hábitat Reproducción Ejemplo 175 � Reino Fungi (Hongos) El Reino Fungi (Eumycota) incluye organismos eucariontes, unicelulares, pluricelulares y cenocíticos. Son heterótrofos (saprobios ó parásitos). No fotosintéticos. Se nutren por absorción. La pared celular está constituida de quitina. La mayoría forman micelio. Presentan reproducción asexual y sexual por medio de esporas. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Los hongos carecen de clorofila y plastos, por lo que son incapaces de efectuar la fotosíntesis. La mayoría de las especies de hongos están constituidas de filamentos llamados hifas, los cuales al ramificarse forman una estructura conocida como micelio. Las hifas pueden ser septadas (con septos transversales) o cenocíticas (sin paredes transversales y multinucleadas). Los micelios varían en relación con su tamaño, forma y color (blancos, rojos, amarillos, anaranjados, verdes, azules, negros, violáceos, etc.). Los hongos almacenan glucógeno y lípidos como sustancias de reserva. Se alimentan por medio de absorción, secretando enzimas digestivas que degradan el alimento y posteriormente lo absorben en forma de moléculas orgánicas pequeñas, a través de su pared celular. Las formas parásitas tienen haustorios, hifas especializadas que absorben los nutrientes del huésped. Los hongos forman esporas que difieren en tamaño, forma y color; éstas pueden ser móviles (planosporas) o inmóviles (aplanosporas). Las esporas permiten la propagación de las especies y constituyen formas de resistencia ante condiciones adversas del medio. Los hongos se reproducen asexual y sexualmente. La reproducción asexual ocurre por fragmentación del micelio o de las hifas (los fragmentos se separan y cada trozo continúa desarrollándose para formar un nuevo individuo), por gemación (formación de yemas) y por esporulación (producción de esporas). En la reproducción sexual se forman esporas (cigosporas, ascosporas, basidiosporas). En determinados hongos, las hifas originan grandes estructuras reproductivas llamadas cuerpos fructíferos, en cuyo interior se generan esporas. Los cuerpos fructíferos de los basidiomicetos se llaman basidiocarpos y los de los ascomicetos reciben el nombre de ascocarpos. Algunos hongos son unicelulares, como es el caso de las levaduras. En el grupo de los hongos existen formas saprobias (se alimentan de materia orgánica muerta en descomposición), parásitas y simbiontes. Fo B5 Por tratarse de un grupo complejo, te invitamos a revisar en el anexo 12 todos los phyla en que se clasifican los hongos. 176 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Fo rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve • Los hongos, al igual que las bacterias, son los principales descomponedores de la materia orgánica. Los saprobios utilizan sustancias orgánicas en descomposición: excremento, restos de animales y vegetales. • Algunos hongos parasitan algas, líquenes, hepáticas y plantas vasculares. • Existen hongos simbióticos que se asocian con las algas para formar un líquen, o con las raíces de las plantas vasculares para dar origen a micorrizas que favorecen el crecimiento de la planta. • Determinados hongos se utilizan en la maduración y fermentación de ciertos quesos, como el roquefort (Penicillium roquefortii) y camembert (Penicillium camemberti). • Diversas especies de hongos son utilizadas como alimento, por ejemplo, el huitlacoche (Ustilago maydis), las colmenillas (Morchella esculenta), las trufas (Tuber), el champiñón (Agaricus bisporus), las orejas (Pleorotus ostreatus), etc. Otras especies comestibles son Boletus edulis y Lactarius deliciosus. El cultivo de las setas es una industria en diversos países. Los hongos contienen vitaminas y proteínas. • Algunos hongos afectan granos, raíces, tubérculos, frutas, pan, leche, etc. Por ejemplo: Aspergillus, Rhizopus y Penicillium descomponen variados alimentos. • Los quitridiomicetos provocan enfermedades: Olpidium brassicae ocasiona la putrefacción de la col, Micromyces spirogyrae parasita el alga verde Spirogyra y Physoderma maydis parasita el maíz. Especies del género Coelomyces parasitan larvas de mosquito. • Existen hongos que destruyen la madera, pues atacan la celulosa y la lignina por medio de enzimas despolimerizadoras. • Ciertos hongos ocasionan deterioro en las telas y en el papel de libros, revistas, periódicos, etcétera. • Provocan enfermedades en el hombre. Por ejemplo, los dermatofitos crecen en la piel, uñas y pelo, causando enfermedades como el pie de atleta y las tiñas. Otros hongos provocan micosis subcutáneas (esporotricosis, micetomas, cromomicosis) o sistémicas (histoplasmosis, aspergilosis, coccidioidomicosis, candidiasis, blastomicosis, paracoccidioidomicosis, criptococosis, mucormicosis). Las infecciones por hongos pueden afectar las mucosas, la piel, las uñas, el cerebro, los pulmones, los riñones, el hígado, etcétera. • Algunas especies de hongos atacan animales invertebrados (amibas, nemátodos, insectos, moluscos, crustáceos, arácnidos, etc.) y vertebrados (monos, caballos, conejos, ratones, cerdos, aves de corral, perros, gatos, tortugas, etc.). • Los hongos también se utilizan en la elaboración de cerveza, vino y pan, como es el caso de la levadura Saccharomyces cerevisiae. • Se usan en la obtención de antibióticos como: penicilinas (Penicillium chrysogenum), cefalosporinas (Cephalosporium sp.), griseofulvina (Penicillium griseofulvum) y ácido fusídico (Fusidium coccineum y Mucor ramannianus). • Algunos hongos son tóxicos. Sintetizan micotoxinas, sustancias que provocan pérdida de peso, temblores, cáncer, falta de coordinación muscular, hasta ocasionar la muerte. Por ejemplo, Aspergillus flavus produce aflatoxinas, Claviceps purpurea, la ergotamina, Amanita phalloides, A. verna, A. vi- nt a Importancia de los hongos 177 � rosa, A. muscaria, la faloína, falacidina y amanitinas. El género Psilocybe (hongo alucinógeno) produce la psilocibina. • Ciertas especies de hongos son patógenos de plantas. Entre las enfermedades que ocasionan se pueden citar las siguientes: pudrición de las raíces de la col, pudrición húmeda de los frutos de la fresa, del plátano y de otras frutas, mildiú pulverulento de la cebada, mildiú pulverulento o cenicilla del follaje del trigo, del maíz y de otras gramíneas, marchitamiento de la dalia, del jitomate y de la papa, el cornezuelo del centeno, las royas del pino, manzano, del frijol y del trigo, el tizón o carbón del maíz (huitlacoche). ve nt a En el siguiente cuadro se mencionan algunas de las enfermedades fúngicas más importantes que atacan a las plantas: Enfermedad Plantas Géneros Colletotrichum Gloeosporium Glomerella Gnomonia Marzzonina Mycosphaerella Neofabrae Pseudopeziza Carbones Cebada, caña de azúcar, trigo, maíz, cebolla, etcétera. Ejemplo: Ustilago maydis produce el carbón de la mazorca del maíz o huitlacoche. Neovossia Sphacelotheca Tilletia Urocystis Ustilago Cenicillas polvorientas y vellosas (mildiú) Calabaza, chayote, melón, sandía, rosal, durazno, pera, cebolla, ajo, etcétera. Ejemplo: Oidium caricae causa la cenicilla polvorienta del papayo. Plasmopara viticola ocasiona la cenicilla vellosa de la vid. Erysiphe Microsphaera Oidium Phyllactinia Podosphaera Sphaerotheca Uncinula Bremia Peronospora Plasmopara Chahuixtles o royas Tejocote, trigo, avena, centeno, frijol, etcétera. Ejemplo: Puccinia graminis tritici causa la roya del trigo, cebada y centeno. Uromyces cariophyllinus provoca el chahuixtle del clavel. Puccinia Tranzchelia Uromyces rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su Antracnosis Café, calabaza, chile, melón, pepino, sandía, vid, alfalfa, etcétera. Ejemplo: Colletotrichum gloesporioides ocasiona antracnosis en cítricos, mango, manzano, noche buena, peral, etcétera. Colletotrichum phomoides causa la antracnosis del jitomate. Fo B5 178 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Líquenes bi da hi el e ct ró ni c o. Pr o Los líquenes están constituidos por talos que presentan diversas formas, tamaños y colores. Por su forma, se clasifican en costrosos, foliáceos y fruticulosos. Los líquenes costrosos son planos y se adhieren firmemente al sustrato; los líquenes foliáceos son planos, pero tienen lóbulos que no están adheridos al sustrato, por ejemplo, Parmelia; los líquenes fruticulosos se caracterizan por ser ramificados. La reproducción asexual es por fragmentación del talo o por formación de soredios, pequeños cuerpos constituidos por células algales rodeados de hifas. La reproducción sexual está relacionada con el tipo de hongo que se encuentra formando el líquen. Si es un ascomiceto, se forman ascas y ascosporas en estructuras en forma de copa llamadas apotecios, que se ubican en la superficie del talo. Existen aproximadamente 1,500 especies. su ve El alga, al efectuar la fotosíntesis, le proporciona alimentos al hongo; el hongo, a su vez, le brinda al alga humedad, protección y sales minerales. El talo de los líquenes está constituido por varias capas: una corteza superior, una capa algal, una capa medular formada por hifas y una corteza inferior. Existen además rizinas que permiten la fijación del talo al sustrato. nt a Los líquenes son organismos formados por la asociación de un alga con un hongo en una relación mutualista (ambos individuos se benefician). Al hongo se le llama micobionte y generalmente es un ascomiceto, pero también puede ser un basidiomiceto. El alga recibe el nombre de ficobionte y es una cianobacteria o una clorofícea (alga verde). Los componentes algales más frecuentes son las clorofíceas Trebouxia y Trentepholia y la cianobacteria Nostoc. Fo rm at o Los líquenes se consideran organismos pioneros; con frecuencia son los primeros colonizadores de rocas desnudas, ya que tienen un alto poder de adaptación. Participan en el proceso de formación del suelo para que posteriormente se instalen otros organismos como los musgos, los helechos y otras plantas. Algunos líquenes de importancia son Cladonia rangifera, que sirve de alimento a los renos y el género Variolaria, del que se extrae un tinte llamado tornasol, con el que se fabrican tiras que se utilizan en los laboratorios para determinar la acidez o alcalinidad de una solución. Los líquenes crecen sobre rocas, troncos de árboles, suelo, etc. También hay especies marinas. Géneros representativos: Ramalina, Bacidia, Lecanora, Parmelia. 179 � Actividad Reino Fungi (hongos) Introducción nt a Reino Fungi. Comprende organismos eucariontes sin clorofila que se nutren por absorción. Son heterótrofos. Pueden ser unicelulares, pluricelulares o cenocíticos. Con reproducción asexual y sexual por medio de esporas. Pared celular constituida de quitina. En este reino se incluye a los hongos. ve Objetivo su Conocer organismos representativos del reino Fungi. Material ct ró ni c o. Pr o hi bi da Microscopio compuesto Portaobjetos Cubreobjetos Agujas de disección Lápices de colores Goteros Vaso de precipitados de 250 ml Agitador Lugol Pan o tortilla con moho negro (Rhizopus stolonifer) Levadura en polvo Agaricus bisporus (Champiñón cultivado) o el e A. Observación de levaduras 1. Mezclar en un vaso de precipitados un poco de levadura con agua azucarada (de preferencia tibia). 2. Efectuar una preparación temporal con unas gotas de la mezcla. Observar en el microscopio: forma y color de las levaduras. Realizar otra preparación temporal con lugol. 3. Hacer esquemas. at rm Fo B5 B. Observación de Rhizopus stolonifer (moho negro del pan) 1. Humedecer ligeramente una tortilla o un pedazo de pan y dejarlo varios días en un lugar oscuro hasta que aparezcan mohos de color negro. 2. Tomar con las pinzas de disección un fragmento del moho y elaborar una preparación temporal con agua. Observar en el microscopio: hifas cenocíticas, estolones, rizoides, esporangióforos, esporangios y esporas. 3. Hacer esquema. C. Observación de Agaricus bisporus (seta o champiñón) 1. Observar en el basidiocarpo las siguientes partes: píleo, laminillas, estípite y anillo. 2. Hacer esquema. 180 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Cuestionario 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ¿De qué color es el micelio de Rhizopus stolonifer? ¿Qué tipo de micelio presenta? ¿Qué forma tiene el esporangio? ¿Cómo son las esporas? ¿Qué aspecto tienen las levaduras? ¿Cómo se reproducen? ¿Qué partes se observaron en el basidiocarpo de Agaricus? ¿Cuál es el nombre común con que se conoce este hongo? nt a Investiga Importancia de los hongos estudiados. ve Sugerencias bi da su Observar Penicillium y Aspergillus. Observar Morchella, Pleurotus y Ustilago maydis. Investiga las repercusiones que tienen los hongos en la salud, la economía y el ambiente hi Reino Plantae (Plantas) ró ni c o. Pr o Las plantas son organismos eucariontes, pluricelulares y fotosintéticos. Sus paredes celulares contienen celulosa. Forman embriones multicelulares. La mayoria de ellas posee tejidos vasculares. Presentan reproducción sexual y asexual. Tienen ciclos de vida con alternancia de generaciones. Las plantas posiblemente evolucionaron a partir de las algas verdes o clorofíceas, ya que ambas tienen los mismos pigmentos fotosintéticos y presentan paredes celulares constituidas de celulosa, además de que almacenan almidón. el e ct El Reino Plantae comprende dos grandes grupos de plantas: no vasculares (sin xilema y floema) y vasculares (con xilema y floema). o Reino Plantae Clase Fo División rm at Plantas no vasculares Bryophyta* Plantas vasculares (traqueofitas) Sin semillas Con semillas Psilophyta Lycophyta Sphenophyta Pterophyta Coniferophyta Cycadophyta Ginkgophyta Gnetophyta Anthophyta Bryopsida Hepaticopsida Anthocerotopsida * Las propuestas recientes incluyen a las briofitas en las divisiones: Bryophyta, Marchantiophyta y Anthocerotophyta. 181 � Plantas no vasculares • División Bryophyta (Musgos, hepáticas y antocerotes) [Ver anexo 13] Las briofitas son plantas pequeñas avasculares que carecen de tallos, raíces y hojas verdaderas. Presentan rizoides que fijan la planta al suelo, pero también absorben agua y sustancias minerales. Las células que transportan el agua son simples, puesto que no cuentan con vasos ni traqueidas. En algunos musgos hay leptoides, células vivas que transportan azúcares. En los musgos el gametofito es de color verde e independiente. Tiene rizoides en su extremo inferior y pequeñas estructuras parecidas a hojas llamadas microfilos, que efectúan la fotosíntesis. El esporofito crece sobre el gametofito y depende de éste para subsistir. Consta de un pie que lo sujeta al gametofito, un pedicelo o seta y una cápsula que produce esporas (esporangio). El embrión se desarrolla en la planta esporofítica. Las briofitas tienen un ciclo de vida digenético, diplohaplobióntico y heteromórfico. Existen aproximadamente 24,100 especies. Digenético. Con generaciones gametofítica y esporofítica. nt a Heteromórfico. Gametofito diferente al esporofito. Pr o hi bi da su ve Diplohaplobióntico. Con fases diploide y haploide. Polytrichum es un musgo que habita en sitios húmedos y sombreados. El gametofito es independiente y porta los órganos reproductores (anteridios y arquegonios). Está constituido por numerosas hojas pequeñas llamadas microfilos y por rizoides que le permiten fijarse al sustrato. El esporofito crece sobre el gametofito; es morfológicamente distinto a éste y se integra de pie, seta o seda y cápsula (estructura en la que se generan las esporas). El ciclo de vida se localiza en el anexo 13. o el e ct ró ni c o. Figura 5.10 Polytrichum (musgo). rm at Actividad Fo B5 En las plantas no vasculares, como los musgos, se presenta la alternancia de generaciones, la cual incluye el gametofito y el esporofito. Define cada uno de estos conceptos y retoma los términos: mitosis, meiosis y fecundación. Plantas vasculares (Traqueofitas) Las traqueofitas incluyen a las plantas que poseen tejidos vasculares, forman embrión y presentan alternancia de generaciones, en las cuales el esporofito es más grande y complejo en estructura que el gametofito. Las plantas vasculares se dividen en dos grandes grupos: vasculares sin semillas y vasculares con semillas. 182 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Plantas vasculares sin semilla Las plantas vasculares inferiores no forman semillas. El esporofito representa la generación dominante, es diploide y produce esporas. El gametofito es de tamaño pequeño, haploide y genera los gametos masculinos y femeninos en estructuras reproductoras llamadas gametangios (arquegonios y anteridios). El arquegonio contiene la célula huevo y el anteridio produce anterozoides flagelados. El grupo de plantas vasculares sin semillas incluye las siguientes divisiones: Pr o hi bi da su ve Las psilofitas son conocidas principalmente por sus formas fósiles, por ejemplo, el género Rhynia. Uno de los representantes vivientes es el género Psilotum, planta homospórica constituida de un tallo que se ramifica dicotómicamente (de dos en dos). Por lo general no tiene hojas o éstas son muy pequeñas, tienen forma de escama y reciben el nombre de microfilos. El tallo (esporofito) presenta rizoides que desempeñan la función de raíces, y en las ramas se forman esporangios trilobulados que generan esporas morfológicamente iguales (homosporas). Al germinar las esporas, desarrollan un gametofito pequeño de color verde, que porta los órganos sexuales (anteridios y arquegonios), en donde se forman los gametos masculinos y femeninos, respectivamente. nt a • División Psilophyta Fo rm at o el e ct ró ni c o. Las psilofitas se desarrollan en zonas tropicales y subtropicales. Son las plantas terrestres más antiguas, las cuales predominaron en el Devónico y algunas incluso en el Silúrico superior, es decir, existían hace unos 380 millones de años. Existen aproximadamente 12 especies. Psilotum. Esporas. Esporangio trilobulado Psilotum nudum. (Fuente: Rost et al., 1988). 183 � • División Lycophyta (Licopodios y selaginelas) Figura 5.11 Selaginella. nt a Las licofitas son plantas herbáceas con raíces verdaderas. Los tallos tienen hojas pequeñas que por lo general están dispuestas en espiral. En las ramas se forman los conos o estróbilos, estructuras que contienen esporas. Este grupo incluye géneros homospóricos y heterospóricos. Las plantas homospóricas producen esporas con igual forma; las plantas heterospóricas dan lugar a esporas morfológicamente diferentes: microsporas y megasporas. Los licopodios y las selaginelas crecen en lugares húmedos. Existen unas 1,000 especies. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve Selaginella. Es una planta vascular pequeña que habita en zonas tropicales y templadas, desarrollándose en sitios húmedos y sombreados. El esporofito se ramifica dicotómicamente y presenta microfilos que tienen en la base una estructura escamosa llamada lígula. Existen además ramas delgadas sin hojas llamadas rizóforos, que en su extremo inferior forman raíces. En los extremos superiores de las ramas se desarrollan conos o estróbilos que contienen esporangios de dos tipos (megasporangios y microsporangios). Los megasporangios producen megasporas que dan origen a gametofitos femeninos. Los microsporangios forman esporas que al germinar desarrollan gametofitos masculinos. Selaginella es una planta heterospórica la cual produce dos tipos de esporas distintas: megasporas y microsporas. El gametofito es de tamaño reducido y porta gametangios masculinos (anteridios) y femeninos (arquegonios). Lycopodium. Esporas. Fo B5 Estróbilo con megaspora y microsporas. (Turtox). Géneros representativos: Lycopodium (homospórico), Selaginella (heterospórico) e Isoetes (heterospórico). 184 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla • División Sphenophyta (Colas de caballo) Este grupo incluye plantas terrestres homospóricas, conocidas comúnmente como colas de caballo. En Equisetum, los tallos se caracterizan por estar impregnados de sílice, lo que les da una textura áspera. Existen alrededor de 15 especies. nt a Equisetum. Equisetum. Tallo Rama con estró- con ramas verticibilo. ladas. ni c o. Pr o hi bi da su ve Equisetum. La planta está constituida por un rizoma ramificado, del que nacen tallos verticales. El esporofito es de color verde, cilíndrico, ramificado y acanalado, con nudos y entrenudos que le dan un aspecto articulado. En los nudos se insertan verticilos de hojas escamosas muy pequeñas (microfilos), soldadas entre sí en una vaina que rodea el tallo. A nivel de los nudos surgen ramas dispuestas verticiladamente. Los estróbilos o conos se producen en determinadas ramas del tallo. El gametofito es subterráneo, de color verde, muy pequeño y lleva anteridios y arquegonios. Equisetum crece en las márgenes de los ríos y alrededor de los lagos. rm at o el e ct ró Equisetum. Protalo con ateridios. Fo Equisetum. Esporangio con esporas (Turtox). • División Pterophyta (Helechos) Los helechos son plantas vasculares formadas por raíces, tallos y hojas. Por lo general, presentan un tallo subterráneo llamado rizoma, constituido por raíces y grandes hojas (macrofilos) que usualmente son compuestas. El pecíolo se prolonga para formar un raquis del que nacen los foliolos (pinnas y pínnulas). Las hojas tienen numerosos soros en el envés, en los que se desarrollan los esporangios, estructuras que forman en su interior esporas. Un esporangio típico consta de un pedicelo corto que termina en una cápsula comprimida y circular, constituida por una hilera de células de paredes gruesas (anillo). En el extremo final del anillo se localiza un grupo de células de pared delgada llama185 � Pr o hi bi da su ve nt a das células labiales, que al separarse permiten la salida de las esporas. Éstas al germinar forman un protalo o gametofito cordiforme (forma de corazón), muy pequeño, de color verde e inconspicuo. El gametofito posee rizoides que lo fijan al suelo y absorben agua y sales minerales; en éste se localizan los órganos sexuales masculinos (anteridios) y femeninos (arquegonios). Los anteridios producen los gametos masculinos o anterozoides, que son flagelados. Los arquegonios contienen el gameto femenino u ovocélula. Los anterozoides nadan para llegar al arquegonio, pero solamente uno fecunda al óvulo. Se forma un cigoto que da origen a la planta esporofítica o esporofito, la cual representa la generación dominante. Debe recordarse que el gametofito es haploide y los gametos haploides. El esporofito es diploide y las esporas –previa meiosis– se convierten de diploides a haploides. (ver anexo 13) o. Helecho. Anteridios. Helecho. Esporofito joven emergiendo del gametofito. ct ró ni c Los helechos se desarrollan principalmente en sitios húmedos. Existen especies terrestres y acuáticas. El origen de los helechos se remonta al periodo Devónico. Se cuentan unas 11,000 especies. o el e Géneros representativos: Adiantum, Polypodium, Polystichum, Dryopteris, Asplenium, Pteridium, Scolopendrium (terrestres); Marsillea, Salvinia (helechos acuáticos); Cyathea y Dicksonia (helechos arborescentes). rm at Actividad Completa el siguiente cuadro: Fo B5 Divisiones Psilophyta Plantas vasculares sin semilla Lycophyta Sphenophyta Pterophyta 186 Características Dibujo o fotografía Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Las plantas vasculares sin semilla se dividen en cuatro grupos y corresponden a organismos primitivos que en una secuencia evolutiva son anteriores a las plantas superiores. Define cada una de las siguientes estructuras: Arquegonio: Anteridio: bi da su Esporas: ve Cigoto: nt a Protalo: hi Plantas vasculares con semilla Pr o Las plantas con semilla se dividen en dos grupos: gimnospermas (plantas con semillas desnudas) y angiospermas (plantas con semillas cubiertas). o. Plantas gimnospermas o el e ct ró ni c Las gimnospermas representan las primeras plantas vasculares que formaron semillas. Son organismos con semillas desnudas, es decir, no están protegidas por la pared del ovario; éstas se encuentran en estructuras reproductoras llamadas conos o estróbilos. En este grupo se encuentra una secuoya gigante en el estado de California, la cual mide 82 m de altura, con un diámetro de 11 m y un pino de 4,900 años de antigüedad en Nevada (eu). rm at Las gimnospermas incluyen las divisiones Coniferophyta, Cycadophyta, Ginkgophyta y Gnetophyta. Fo • División Coniferophyta (Pino, abeto, cedro, ciprés, oyamel) Las coníferas son árboles o arbustos con hojas aciculares (en forma de aguja), que se caracterizan por formar estructuras reproductoras llamadas conos o estróbilos que contienen las semillas desnudas. Los conos femeninos o conos ovulados tienen escamas portadoras de óvulos, que al ser fecundados se transforman en conos de semilla. Los conos masculinos o conos de polen son más pequeños y tienen una serie de escamas que contienen polen, éstos se ubicasn en las ramas solos o en racimos. Las coníferas son más abundantes en las frías latitudes septentrionales. Aparecieron en el periodo carbonífero. Existen aproximadamente unas 550 especies. 187 � bi da su ve nt a Figura 5.12 Ciclo de vida del pino. (Fuente: Curtis et al., 2008). Pr o hi Figura 5.13 Pino blanco (Fuente: Brandwein et al., 1984). ni c o. Géneros representativos: Pinus (pino), Picea (abeto), Abies (oyamel) y Cedrus (cedro). ró • División Cycadophyta (Cícadas) Las cícadas se consideran como las plantas de semilla más primitivas vivientes. Son perennes, de crecimiento lento y con aspecto de palmera o helecho, debido a la forma de sus hojas compuestas. Las cicadáceas son dioicas, ya que los conos de semilla y los conos de polen se localizan en plantas separadas. Los conos se forman en el extremo superior de la planta. Una característica importante es la presencia de células espermáticas flageladas. Habitan en trópicos y subtrópicos. ct el e o at rm Fo B5 Hace unos 248 millones de años, las cícadas constituían una parte importante de la flora terrestre, por lo tanto, a este momento se le conoce como Edad de las Cícadas. La mayoría de las especies están extintas, y actualmente sobreviven alrededor de 10 géneros. Algunas cicadáceas están en peligro de extinción debido a que son colectadas para venta. En Australia hay una cícada con una edad aproximada de 5,000 años. Existen alrededor de 160 especies. Habitan en climas tropicales y subtropicales. Géneros representativos: Cycas, Dioon y Zamia. Figura 5.14 Cycas. (Fuente: Oronoz et al., 1985). 188 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla • División Ginkgophyta La división incluye una sola especie, Ginkgo biloba. Las plantas son dioicas y caducifolias. Presentan hojas pequeñas, bilobuladas en forma de abanico. Las semillas de los árboles femeninos producen un olor desagradable, como de mantequilla rancia. Gynkgo es el género más antiguo de los árboles actuales. Es nativo de China. Existen fósiles parecidos a los ginkgos de hoy en día. Figura 5.15 Ginkgo. (Fuente: Brandwein et al., 1984). el e ct ró ni c o. Pr o hi Géneros representativos: Ephedra, Welwitschia y Gnetum. bi da su ve Las gnetofitas comprenden un grupo diverso de plantas. Comparten algunas características de las angiospermas: el xilema tiene células conductoras de agua eficientes y en algunos de sus miembros los grupos de estróbilos parecen racimos de flores. Existen aproximadamente 40 especies de Gnetum que crecen como árboles o arbustos, y cerca de 35 especies de Ephedra, desarrollándose como arbustos. Sólo vive una especie de Welwitschia en la costa sudoccidental de África; es una planta con hojas grandes. La Welwitschia más antigua tiene más de 2000 años. nt a • División Gnetophyta Welwitschia. Aspecto general. at o (Fuente: Rost et al., 1985). rm Actividad Fo Las gimnospermas poseen semillas desnudas y se dividen en cuatro grupos, cada uno de los cuales presenta características distintas que debes señalar en el cuadro siguiente: Características morfológicas Número de especies Ejemplares tipo Coniferophyta Cycadophyta Ginkgophyta Gnetophyta 189 � • División Anthophyta (Angiospermas o plantas con flor) su ve nt a Las angiospermas se reproducen sexualmente formando flores. Los óvulos están encerrados en el ovario de la flor y las semillas en el fruto, el cual a menudo contribuye a su dispersión. Las plantas con flor se caracterizan por presentar tejidos de conducción eficientes: el xilema contiene vasos y traqueidas y el floema consta de tubos cribosos. Las angiospermas son las plantas dominantes en nuestro planeta y ocupan más del 90% de la superficie vegetal. Presentan una gran variedad de formas y tamaños; comprenden desde pequeñas plantas que miden unos cuantos milímetros, como la lenteja de agua Lemma (1-15 mm), hasta árboles de varios metros de altura. Las angiospermas incluyen especies anuales, bienales y perennes, así como formas terrestres, acuáticas, parásitas, epífitas y carnívoras. Prácticamente se han adaptado a vivir en todos los ambientes, convirtiéndose en las plantas que, como ya se dijo, dominan el mundo. El registro fósil más antiguo en nuestro planeta corresponde a Archaefructus, antofita que vivió en China hace 120 a 140 millones de años. Las angiospermas comprenden aproximadamente 250,000 especies. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da Figura 5.16 Diversas flores. Fo B5 Figura 5.17 Ciclo de vida de una angiosperma. (Fuente: Curtis et al., 2008). Géneros representativos: Paeonia, Ranunculus, Anemone, Brassica, Cynara, Zinnia, Dahlia, Gladiolus, Egeria. (Ver anexo 14.) 190 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Las angiospermas se dividen en dos grandes grupos: monocotiledóneas y dicotiledóneas. Las monocotiledóneas se caracterizan porque sus semillas tienen un solo cotiledón. Generalmente presentan hojas con nervaduras paralelas. Sus piezas florales son en número de tres o en múltiplos de tres. Los haces vasculares están dispersos en el tallo. Carecen de cambium vascular. Presentan raíz fibrosa. Existen aproximadamente 50,000 especies. Fo rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve Son plantas monocotiledóneas: el maíz, el trigo, el arroz, la caña de azúcar, la cebolla, el ajo, la azucena, el narciso, el nardo, el espárrago, los pastos, las orquídeas, etcétera. nt a Las gramíneas, liliáceas, palmáceas, bromeliáceas y orquidáceas son algunas de las principales familias de las monocotiledóneas. (Fuente: Brandwein et al., 1984). 191 � Las dicotiledóneas constituyen un grupo muy numeroso (aproximadamente 225,000 especies). Se caracterizan por presentar: semillas con dos cotiledones; hojas con nervadura reticular; tallo con haces vasculares dispuestos a manera de cilindro; partes florales en número de cuatro o cinco o sus múltiplos; raíz típica; presencia de cambium vascular. Las dicotiledóneas son plantas herbáceas y leñosas. Algunas de las familias de dicotiledóneas más importantes son: malváceas, crucíferas, solanáceas, leguminosas, rosáceas, moráceas, entre otras. rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a Son plantas dicotiledóneas: el frijol, el alhelí, la col, el chícharo, el berro, el durazno, el manzano, el rosal, la papa, el tomate, la dalia, el encino, el girasol, el epazote, el melón, el mirto, el limón, etcétera. Fo B5 (Fuente: Brandwein et al., 1984). 192 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla ve nt a En las plantas dicotiledóneas se pueden distinguir los siguientes órganos: la raíz está constituida externamente por una zona terminal con meristemo primario, que permite el crecimiento en longitud de la raíz y que está protegido por la cofia o pilorriza; una zona de crecimiento situada arriba de la zona terminal; una zona pilífera con pelos absorbentes y una zona de ramificación con raíces laterales. o. Pr o hi bi da su El tallo presenta zonas denominadas nudos, que sostienen a las hojas, entrenudos (espacios entre dos nudos), yemas terminales y yemas axilares o laterales. el e ct ró ni c Una hoja simple consta de pecíolo y limbo. El pecíolo sostiene al limbo y lo une al tallo. El limbo es una lámina constituida por una parte superior (haz) y otra inferior (envés). Posee base, borde, ápice y nervadura. Frecuentemente, en la base del pecíolo se encuentran un par de apéndices pequeños llamados estípulas. at rm Antena Fo Pétalo o Estambre Estigma Filamento Estilo estambres y pistilo. Pistilo La flor es la estructura reproductora y está constituida por pétalos, sépalos, estambres y pistilo. Sépalo Ovario Receptáculo Pedúnculo Partes de la flor El fruto es el ovario maduro de la flor. Los frutos pueden ser: simples (secos y carnosos), agregados y múltiples. En su interior se encuentran las semillas. 193 � Importancia de las plantas En el Reino Plantae se pueden encontrar una multiplicidad de plantas con diferentes usos: industrial, comercial, medicinal, alimenticio, etc. Cabe destacar que, en el ámbito de la biodiversidad, las plantas ocupan un lugar preponderante, pues desde que el hombre aparece en el planeta están alrededor de él; de este modo, la relación entre el hombre y su medio vegetal ha sido íntima y vital. Lo cierto es que el hombre ha vivido con las plantas dependiendo de ellas. o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve nt a • Las briofitas son plantas pioneras que forman un sustrato sobre el cual crecen otras plantas. Protegen el suelo contra la erosión. Se utilizan para fabricar arreglos navideños. Los licopodios del carbonífero contribuyeron a la formación de hulla. • Las cícadas se utilizan como plantas de ornato. • Del género Ephedra se extrae la efedrina, un medicamento antiasmático, broncodilatador adrenérgico y vasopresor. • La madera de Ginkgo biloba se utiliza para hacer cabañas. Sus hojas se usan como medicamento para aumentar la circulación sanguínea. • Las coníferas son importantes desde el punto de vista económico, ya que son los principales árboles maderables. La madera se utiliza en la construcción de cabañas y casas, pero también para fabricar muebles, pisos, cajas, postes, vigas, barriles, etc. Los bosques de pinos y abetos impiden la erosión del suelo. Proporcionan alimento y refugio a diversos animales. Producen aceites, resinas y trementinas como el aguarrás, que es usado para diluir pinturas y barnices. Se emplean como árboles de ornato y de navidad. Son la materia prima de obtención del papel. • Desde la antigüedad se han utilizado las plantas como fuente de alimento para el hombre y los animales, ya que proporcionan una importante cantidad de nutrientes. De ellas se emplean las raíces, los tallos, los frutos, las flores y las semillas. Se utilizan como cereales, legumbres, vegetales de hortaliza, frutas, condimento, etcétera. • Entre los cereales más utilizados en la alimentación, tenemos el maíz, el trigo, el arroz, la cebada, el centeno y la avena. El maíz se consume en forma de atole, elotes, maicena, palomitas, pan, pinole, tortillas, pozole, etc. La harina de trigo es un alimento nutritivo y constituye la base de la dieta en pueblos asiáticos y latinoamericanos. El grano de arroz contiene azúcares, algo de proteínas y vitaminas; con él se elaboran atoles, galletas, pasteles, sopas, etc. Del centeno se utiliza la harina para fabricar pan. Del grano de la avena se hacen atoles nutritivos y de fácil digestión. • Algunas legumbres de importancia usadas como alimento son: el frijol, el garbanzo, el chícharo, el haba, la lenteja, el cacahuate y la soya. El frijol es una de las leguminosas más importantes en la dieta del mexicano. • Los vegetales de hortaliza se cultivan en huertas y son indispensables en la dieta por su riqueza en vitaminas y minerales, y porque además contienen celulosa no digerible, que facilita la digestión y la defecación. Son hortalizas el betabel, el camote, el chayote, el nabo, el rábano, la zanahoria, etcétera. • Las frutas o frutos contienen agua, sales minerales y vitaminas, principalmente la vitamina C. Algunas de las frutas que se consumen son la guayaba, at rm Fo B5 194 • • ve ct ró ni c o. Pr o • su • • bi da • • hi • el mango, el plátano, el aguacate, la piña, el melón, el higo, la manzana, la pera, la uva, la fresa, etcétera. Las plantas condimenticias se adicionan a los alimentos para sazonarlos y de esta manera resulten más agradables al paladar. Los más comunes son: el ajo, el ajonjolí, el azafrán, la canela, el epazote, la yerbabuena, el laurel, el orégano, el perejil, la canela, la pimienta, el tomillo, entre otros. Existen plantas hulíferas que proporcionan hule o caucho. Las plantas textiles se utilizan para elaborar cuerdas, hilos y tejidos. Entre las principales se pueden citar: el algodonero, el henequén, el ixtle, etc. El algodonero produce la fibra textil llamada algodón, con el que se fabrican hilos, alfombras y diversas prendas de vestir. Del aceite de las semillas se fabrican jabones. Otras plantas textiles son el cáñamo, lino y yute. Algunas plantas se utilizan en la elaboración de bebidas como el té. Determinadas plantas producen colorantes, como el palo de Campeche, de cuya madera se obtiene un colorante llamado hematoxilina, que se utiliza en laboratorios de biología para teñir tejidos. Existen plantas venenosas que al ingerirse pueden ocasionar trastornos graves, incluso la muerte. Por ejemplo, el beleño, la adormidera, el toloache, la cicuta, etcétera. Numerosas plantas son cultivadas como ornamentales. Se utilizan en parques, jardines, avenidas, etcétera. Gran número de plantas son medicinales. El chamán, por lo general un experto botánico, probablemente representa al profesional más antiguo en la evolución social. En su mayoría, las medicinas, así como los alimentos que ahora usamos, no fueron descubiertos por las ciencias de las sociedades modernas, sino por métodos empíricos practicados durante miles de años. Así, en el caso de las plantas medicinales, éstas se pueden clasificar por sus funciones curativas en: antidiarreicas, antitusivas, antiflatulentas, antirreumáticas, cicatrizantes, colagogas, digestivas, diuréticas, hipoglucemiantes, oftalmológicas, sedantes, etcétera. nt a Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla el e Algunos ejemplos de plantas medicinales de uso común en nuestro país son: Plantas at rm Antidiarreicas o Función Epazote de zorrillo, manzanilla, yerba del burro. Diente de león, ortiguilla, ajo. Antiflatulentas Hinojo, menta, anís. Antitusivas Tejocote, eucalipto, bugambilia. Cicatrizantes Árnica, caléndula, sábila. Colagogas Boldo, yerba maestra, marrubio. Digestivas Manzanilla, menta, anís. Diuréticas Cola de caballo, zarzaparrilla, doradilla. Hipoglucemiantes Nopal, wereke, tronadora. Oftalmológicas Manzanilla, tomillo, llantén. Fo Antirreumáticas 195 � Actividad Las angiospermas se dividen en mono y dicotiledóneas. En el siguiente cuadro, anota sus diferencias y menciona algunas de las familias que corresponden a cada una: Familias nt a Características morfológicas bi da su ve Monocotiledóneas Pr o hi Dicotiledóneas o. Reino Plantae el e ct ró ni c Incluye organismos eucariontes, fotosintéticos, pluricelulares y que forman un embrión. Se caracterizan por tener paredes celulares de celulosa. Reproducción asexual y sexual. Agrupa plantas que presentan en sus ciclos de vida alternancia de generaciones. Este reino incluye plantas no vasculares (musgos, hepáticas y antocerotes) y vasculares (psilofitas, licopodios, selaginelas, colas de caballo, helechos, coníferas, cícadas, ginkgofitas, gnetofitas, antofitas, monocotiledóneas y dicotiledóneas). o Las cormofitas son vegetales con células diferenciadas en tejidos que se agrupan para formar órganos, constituyendo de esta manera un cuerpo llamado cormo. El cormo se caracteriza por tener raíz, tallo y hojas, así como tejidos especializados para la conducción de agua y alimentos (xilema y floema), de sostén (colénquima), de resistencia (esclerénquima) y de protección (epidermis y corcho). Son cormofitas los helechos, las colas de caballo, los licopodios, las selaginelas, las coníferas y las fanerógamas. at rm Fo B5 Objetivo Conocer organismos representativos del Reino Plantae. Material Lupa Lápices de colores Polytrichum (musgo)* Selaginella* 196 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Equisetum* Helechos de hojas compuestas* Plantas dicotiledóneas* Pr o hi bi da su ve I. Observar con la lupa cada una de las plantas y señalar en ellas las siguientes características: A. En Polytrichum: forma y color del gametofito, microfilos y rizoides. En el esporofito su forma y color, seta y cápsula. B. En Selaginella: forma del esporofito, microfilos, rizóforos, raíces y estróbilos. C. En Equisetum: forma y color del esporofito, microfilos, nudos, entrenudos, ramas, rizoma, raíces y estróbilos. D. En helechos de hojas compuestas: forma del esporofito, rizoma, raíces, frondas, pecíolo, foliolos (pinnas-pínnulas) y raquis. Forma, color y disposición de los soros en las hojas. E. En la planta dicotiledónea: raíz (cofia, zona terminal, zona de crecimiento, zona pilífera y zona de ramificación). Tallo (nudos, entrenudos y yemas). Hoja simple (pecíolo, limbo, ápice, base, borde, haz, envés, nervadura y estípulas). Flor (pétalos, sépalos, estambres y pistilo). II. Hacer esquemas. nt a Método Cuestionario Menciona las características del Reino Plantae. ¿Cuáles plantas observadas tienen microfilos? ¿En qué plantas observadas se presentan los megafilos? ¿En cuáles plantas observadas el esporofito depende del gametofito para subsistir? 5. ¿Cuáles plantas observadas poseen rizoides? 6. ¿Cuáles plantas observadas presentan raíces? 7. ¿Cómo es el esporofito en el helecho? 8. ¿Qué textura tiene el esporofito de Equisetum? 9. ¿Cuáles plantas presentan estróbilos? 10.De las plantas observadas, ¿cuáles son cormofitas? Fo Investiga rm at o el e ct ró ni c o. 1. 2. 3. 4. Las divisiones en las que se incluyen las plantas estudiadas. Sugerencias Observar esporangios en Equisetum y Lycopodium. Observar haces vasculares de helechos. Observar conos de pino. Para entender la anatomía de las plantas incluimos en el anexo 15 todos los tejidos vegetales. * Plantas completas. 197 � Actividad Las plantas con semilla forman raíces, tallos, hojas y estructuras reproductoras, además han colonizado todos los ambientes de nuestro planeta, se clasifican en dos grupos: con semillas desnudas (gimnospermas) y con semillas cubiertas (angiospermas). Completa el siguiente cuadro indicando sus caracteristicas: Características nt a Coniferophyta Cycadophyta ve Gimnospermas Ginkgophyta bi da su Gnetophyta hi Dicotiledóneas Angiospermas ni c o. Pr o Monocotiledóneas ró Reino Animalia (animales) rm at o el e ct Los animales se caracterizan por ser eucariontes, heterótrofos y pluricelulares. Sus células carecen de pared celular. Por lo general, se reproducen sexualmente. Se nutren principalmente por ingestión. La mayoría de los animales pueden responder rápidamente a los estímulos externos como resultado de la actividad de sus células nerviosas. Algunos son sésiles, pero un gran número muestra movilidad. Presentan diferentes niveles de organización. Fo B5 Algunas de las características más importantes para clasificar a los animales son las capas embrionarias, la presencia o ausencia de celoma, la metamerización, la simetría y el origen de la boca. Capas embrionarias De acuerdo con este rasgo, los organismos pueden ser diblásticos y triblásticos. En los diblásticos, el embrión posee dos capas blastodérmicas: una exterior llamada ectodermo, y otra interna que recibe el nombre de endodermo. Son organismos diblásticos las esponjas y los celenterados. Los organismos triblásticos comprenden el resto de los animales, en los cuales el embrión consta de tres capas blastodérmicas: la interna es el endodermo, la intermedia corresponde al mesodermo y la externa es el ectodermo. 198 Conoce la biodiversidad y propone cómo preservarla Fo rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da su ve Los animales más complejos desarrollaron una cavidad entre los intestinos y la pared corporal denominada celoma. El celoma es la cavidad de los organismos triblásticos revestida por epitelio derivado del mesodermo. En función de esta característica, existen tres tipos de organismos: acelomados (cnidarios y platelmintos), seudocelomados (nemátodos y rotíferos) y celomados, que corresponden a la mayor parte de los animales. En los organismos acelomados, el mesodermo es macizo y, por lo tanto, no tienen cavidad corporal. En los pseudocelomados hay una cavidad o pseudoceloma que se localiza entre la pared del cuerpo y el tubo digestivo, pero no está revestida con mesodermo (los órganos internos están libres dentro del seudoceloma). En los organismos celomados la cavidad corporal se encuentra revestida por el mesodermo, es decir, está limitada por un epitelio mesodérmico denominado peritoneo, que envuelve los órganos internos. nt a Presencia o ausencia de celoma (Fuente: Marín et Álvarez, 1999). 199 � Metamerización ve nt a En la metamerización, el cuerpo del animal se divide por medio de surcos transversales en una serie de segmentos similares llamados metámeros; por ejemplo, el cuerpo de la lombriz de tierra presenta numerosos segmentos llamados metámeros, somitas, o anillos. La metamería la muestran los anélidos (poliquetos, sanguijuelas y lombrices de tierra) y los cordados. su Simetría rm at o el e ct ró ni c o. Pr o hi bi da La simetría es la disposición de las estructuras corporales con relación al el eje de su cuerpo. En los organismos asimétricos, el cuerpo no se divide en partes idénticas por ningún plano (por ejemplo, las esponjas). En la simetría radial, cualquier línea que cruce el eje central divide al animal en varias mitades simétricas. Los celenterados, los ctenóforos y los equinodermos adultos presentan simetría radial. En la simetría bilateral, el cuerpo del animal es dividido por un plano de simetría que pasa por la línea media del cuerpo (plano sagital), partiéndolo en dos mitades simétricas: izquierda y derecha. La mayor parte de los animales presentan simetría bilateral. Fo B5 Origen de la boca Los animales con celoma se dividen en dos grupos: protostomados y deuterostomados. En los organismos protostomados, la primera abertura que se forma en el embrión es la boca. Son organismos protóstomos los moluscos, anélidos y artrópodos. Por lo que respecta a los organismos deuterostomados, la primera abertura da lugar al ano, mientras que la abertura que se convierte en la boca se forma durante el desarrollo. Son deuteróstomos los equinodermos hemicordados y cordados. Aquí debemos recordar que el blastoporo (abertura en la cavidad del embrión) puede dar origen a la boca o al ano. 200