QUÉ ES LA BIOLOGÍA?

IES Rascanya (Valencia) Departamento de Biología - Geología
4º de ESO
1.- ¿QUÉ ES LA BIOLOGÍA?
Es la ciencia que estudia a los seres vivos.
CIENCIA: Porque sigue el método científico que consta de los siguientes pasos en su metodología
de estudio:
1.
2.
3.
4.
5.
Observar un fenómeno y preguntarse por sus causas
Recopilar información bibliográfica acerca del fenómeno en cuestión
Elaborar una hipótesis que lo explique
Diseñar un proceso experimental que permita comprobar la veracidad de la hipótesis
Publicar los resultados obtenidos
SERES VIVOS:
Sistemas abiertos que tienden a disminuir su entropía a costa de que aumente la entropía del universo,
para ello utilizan enormes cantidades de energía.
Caracterizados por un elevado grado de organización, orden y complejidad del sistema
2.- NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA
BIOELEMENTOS
BIOMOLÉCULAS
MACROMOLÉCULAS
COMPLEJOS MACROMOLECULARES (Membranas, paredes celulares....)
ORGÁNULOS CELULARES (mitocondrias, ribosomas, cloroplastos.....)
CÉLULAS (Procariotas, eucariotas)
TEJIDOS (Epitelial, parenquimático, conjuntivo....)
ÓRGANOS (Corazón, hueso, hoja, flor....)
APARATOS Y SISTEMAS (Circulatorio, sistema radicular)
INDIVIDUOS (Sapo, pino, gorrino....)
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ÁTOMOS: Bioelementos, o elementos biogénicos:
Primarios: Constituyen el 95% de la materia viva: C,H,O,N
Secundarios: Constituyen el 4’5% de la materia viva: Ca, Na, K, P, S, Mg, Fe, Cl
Oligoelementos: Constituyen el 0’5% de la materia viva, no están todos en todos los seres
vivos: Li, Mo, Zn, F, Mn, Cu...,
BIOMOLÉCULAS: Formadas por la unión de los bioelementos, también se las denominan
Principios inmediatos. Para su estudio las clasificamos en:
Inorgánicas: Se encuentran también como integrantes de la materia mineral
Agua
CO2
O2
Sales minerales
Orgánicas: Sólo forman parte de los seres vivos.
Glúcidos o carbohidratos
Lípidos
Proteínas
Ácidos nucleicos
AGUA
Molécula vital, forma el 75% de los seres vivos.
Por su forma tiene un elevado calor específico, es un buen disolvente polar y una elevada cohesión
molecular, por todo ello:
Es un buen disolvente general, y medio de transporte de sustancias disueltas
Es el medio de reacción donde se llevan a cabo las reacciones metabólicas
Regulador térmico
Es junto al CO2 la molécula clave de la fotosíntesis a partir de las cuales se sintetiza materia
orgánica.
Mantiene la estructura de las membranas
Mantiene la estructura de las proteínas
Junto a las sales minerales es responsable del mantenimiento de los procesos osmóticos y del pH.
PROCESOS OSMÓTICOS
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HIDRATOS DE CARBONO
Son biomoléculas formadas por C,H y O en una proporción de Cn(H2O)n.
Se dividen en tres grupos para su estudio:
Monosacáridos: Azúcares simples, dulces y con gran poder ricoenergético (ribosa, desoxiribosa,
glucosa, fructosa...)
Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos, dulces y ricoenergéticos. (sacarosa,
lactosa, maltosa...)
Polisacáridos: Formados por la unión de miles monosacáridos en largas cadenas. Pueden constituir
reservas energéticas (almidón, glucógeno) o formar elementos estructurales (celulosa, quitina).
LÍPIDOS
Se trata de biomoléculas que se agrupan aunque no tengan una estructura química semejante ni
funciones parecidas porque tienen las mismas propiedades físicas, es decir, son insolubles en agua, solubles
en disolventes no polares (gasolina, éter, benceno...) y untuosos al tacto.
Se clasifican en:
Derivados de los ácidos grasos:
- Triglicéridos ó grasas (reservas de energía, aislantes, protectores)
- Fosfolípidos (formadores de membranas biológicas)
- Ceras (sustancias lubricantes y protectoras)
Derivados del isopreno:
- Esteroides. Derivados del esterano. Entre los cuales está el colesterol (necesario para formar parte
de las membranas; las hormonas sexuales (testosterona, estradiol, progesterona...)
- Terpenos. Importantes moléculas vegetales entre las que están esencias del tipo del geraniol y
limoneno, así como sustancias tales como el látex (que origina el caucho).
PROTEÍNAS
Son macromoléculas formadas por aminoácidos que se unen en largas cadenas constituidas por más
de un centenar de estos.
Existen 20 aminoácidos diferentes.
Cada proteína se diferencia de las demás por el orden de colocación de los aminoácidos y por el
número total de los mismos. Dependiendo de los aminoácidos que tenga la proteína, adquiere una forma por
plegamientos de la cadena que le otorgan las propiedades y las funciones que las caracterizan.
Estructura primaria de la proteína ribonucleasa bovina
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ÁCIDOS NUCLEICOS
Son largas cadenas de moléculas más simples llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado
por: ácido forfórico --- una pentosa --- una base nitrogenada
La pentosa puede ser:
- Ribosa (RNA)
- Desoxiribosa (DNA)
Las bases nitrogenadas pueden ser:
- Adenina
- Guanina
- Citosina
- Timina
- Uracilo
Los nucleótidos se unen entre sí por las pentosas, y forman cadenas que pueden ser larguísimas
(muchos millones de nucleótidos).
Tipos de ácidos nucleicos:
DNA
Molécula de doble cadena antiparalelas con las bases
enfrentadas, formando una doble hélice de
arrollamiento plectonémico
Las bases que posee son A, G, C y T. Se enfrentan
siempre: A – T y G – C
El azúcar es la desoxiribosa
Hay un solo tipo
RNA
Molécula de cadena sencilla, aunque algunas de ellas
pueden enfrentar la propia cadena en tramos dobles
Las bases que posee son A, G, C y U
El azúcar es la ribosa
Hay tres tipos: RNA de transferencia; RNA
mensajero y RNA ribosomal
Está encerrado en el núcleo y porta TODA la Son copias de fragmentos de DNA, y se encuentran
información genética
en el núcleo y citosol
El DNA puede dar copias exactas de sí mismo
mediante un proceso llamado replicación.
Puede copiar genes (fragmentos) en RNA, proceso
llamado transcripción
No puede autocopiarse.
El RNAm es traducido por los ribosomas para dar
lugar a proteínas. El RNAt colabora en el proceso de
traducción.
NH 2
adenina
C
N
C
N
HC
C
N
CH
OH
HO P O
O
fosfato
N
H
adenosina
o
O
CH2
H
H
OH
OH
H
β–D–ribosa
Nucleótido
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LA CÉLULA
Podemos definir la célula como “la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos” Es decir la
parte más pequeña del ser vivo que tiene vida en si misma.
El nombre de célula se debe a Roberto Hooke (1665)
La teoría celular (definición que hemos dado) que nos hace comprender que es en realidad la célula
se debe a Schleiden (botánico) y Schwan (zoólogo) (1838)
El nombre de núcleo se debe a otro Roberto, R. Brown
La imposibilidad de obtener células por generación espontánea o por unión de sus elementos, sinó
sólo por reproducción de otre célula preexistente se debe a Virchow –“Toda célula proviene de otra célula”TAMAÑO DE LAS CÉLULAS
Su tamaño es muy variable, las hay de algo menos de 1 µm de diámetro (micoplasmas), y las hay del
tamaño de una pelota de tenis (yema de un huevo de avestruz), es decir de más de 8 cm de diámetro, lo que
supone tener una diferencia de volumen de más de 500.000.000.000.000 veces.
En cuanto a la forma, podemos decir que esta es muy variable, las hay esféricas, arborescentes
(neuronas), cilíndricas, discoidales... Adaptadas cada cual a la función que desempeña.
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TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
Existen dos tipos de organización celular. Cualquier ser vivo de la Tierra tiene sus células
pertenecientes a una de las dos.
Células procariotas (pro= antes, carion= núcleo): Células que carecen de núcleo
Células eucariotas (eu= buen, carion= núcleo): Células con núcleo
CÉLULA PROCARIOTA
Las
células
procariotas
se
caracterizan, fundamentalmente, por los
siguientes caracteres:
Tienen el DNA disperso por el
citoplasma, sin una membrana
específica que lo envuelva
Una sola cadena de DNA, de tipo
circular
A veces pueden tener una cadena de
DNA de menor tamaño, llamada
plásmido
Poseen ribosomas
Pueden poseer repliegues internos de
la membrana, llamados mesosomas,
donde albergan concentraciones más
o menos elevadas de algunas
sustancias.
Pueden tener, en la parte exterior de la membrana una pared celular más o menos resistente
Pueden tener unos flagelos simples con los que se desplazan
EJEMPLOS DE SERES VIVOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR PROCARIOTA
Bacterias: Las hay beneficiosas (bacterias del yogourt, enriquecedoras en nitratos del suelo...),
saprofticas (descomponedoras de materia orgánica y responsables de la putrefacción), simbióticas
(bacterias del intestino humano) y parásitas (productoras de muchas enfermedades tales como el cólera,
disentería, tétanos, meningitis...)
Cianobacterias, capaces de realizar la fotosíntesis. Se comportan como si fueran algas
microscópicas.
Micoplasmas.
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CÉLULA EUCARIOTA
Son las células de los vegetales y plantas superiores, se caracterizan por lo siguiente:
Tienen el material genético encerrado en un núcleo
El DNA es lineal y está constituido por varios fragmentos llamados cromosomas
Posee una membrana plasmática, semejante a la de las procariotas
Un citoplasma que tiene un considerable número de orgánulos celulares tales como (ribosomas,
retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas, lisosomas, citoesqueleto, centriolos,
mitocondrias y cloroplastos)
Algunas de estas células disponen, por fuera de la membrana celular de una gruesa pared que
puede ser de celulosa (vegetales y oomicetos) o de quitina (hongos).
TIPOS CELULARES EUCARIOTAS
-
Células animales (son de nutrición heterótrofa, carecen de pared, carecen de
cloroplastos, poseen centriolos y sus vacuolas son menudas).
Células vegetales (Son de nutrición autótrofa, poseen pared de celulosa, tienen plastos,
carecen de centríolos y sus vaculas son abundantes y de considerable tamaño)
Células de hongos (son de nutrición heterótrofa, tienen pared de quitina, no poseen
ploastos, pero si vacuolas
de tamaño grande y tienen centriolos)
MEMBRANA CELULAR
Es una delgadísima capa que envuelve a la célula formada por una bicapa de fosfolípidos y
colesterol, en cuyo seno se encuentra muchas proteínas, unas atravesando la bicapa a modo de icebergs,
otras atravesando solo la mitad de la bicapa, y otras sólo en la parte exterior o en la parte interior.
Tiene una permeabilidad selectiva, siendo capaz de dejar pasar a su través sólo aquellas sustancias
que necesita o que tiene que expulsar.
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En las células vegetales y en los hongos existe por fuera de la membrana una gruesa pared (de
celulosa en los vegetales y quitina en los hongos). Les confiere gran resistencia e indeformabilidad. En los
vegetales puede estar impregnada de lignina (confiere gran dureza, y da lugar a la madera) o suberina
(forma el corcho y confiere gran impermeabilidad).
CITOPLASMA Y ORGÁNULOS CELULARES
El citoplasma tiene una parte soluble, llamada citosol, que consta de
agua y sustancias disueltas. Tiene un aspecto semejante al gel. En su seno
hay una serie de orgánulos, que están anclados en una enorme red de túbulos
y fibras de carácter proteico, llamados citoesqueleteo (Serían semejantes a
un enorme andamio de tubos y cuerdas, más o menos rígidos, que ocuparían
el interior celular. El conjunto de orgánulos recibe el nombre de
morfoplasma. Destacamos los siguientes:
Ribosomas: Formados por proteínas y RNA. Son muy pequeños y
tienen dos subunidades. Su función es la de sintetizar proteínas.
Pueden estar sueltos por el citoplasma (fabrican
proteínas que quedan en el citosol) o pegados al retículo
endoplasmático rugoso (fabrican proteínas que
introducen en el interior de las cisternas de retículo)
Retículo endoplasmático: Puede ser liso o rugoso. El
Rugoso se llama de esta manera porque tiene ribosomas
pegados en su superficie. Se trata de un conjunto de
cavidades y cisternas aplanadas intercomunicadas entre
sí. Almacenan proteínas en su interior y las transforman
y hacen madurar. Luego de transformadas las pasan al
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aparato de Gorgi envueltas en vesículas. El liso está relcionado con la síntesis de los lípidos del
organismo.
Aparato de Golgi: Formado por cisternas aplanadas situadas
unas sobre otras como en una pila de sacos. Reciben
vesículas cargadas de proteínas que transforman y unen a
otras biomoléculas para madurarlas completamente. Luego
las desprenden también en forma de vesículas que pueden
tener dos destinos: Quedar en el interior de la célula
(lisososmas); o segregar las proteínas al exterior (vesículas de
secreción).
Lisosomas: Son pequeñas vacuolitas repletas de fermentos
digestivos, capaces de digerir aquellas sustancias que
fagocita la célula, o bien los orgánulos viejos o inútiles (por
esta función se les conoce también como vesículas suicidas)
Vacuolas: Son vesículas más o menos grandes repletas de
líquidos (agua de reserva, esencias, colorantes...). En los
vegetales pueden ocupar más del 80% del volumen celular.
Mitocondrias: Son las centrales energéticas de la célula, allí se
oxidan las sustancias nutritivas celulares para obtener la energía
necesaria para los procesos vitales. Tienen dos membranas, una
exterior lisa y una interior arrugada en una serie de crestas
(crestas mitocondriales). En la parte interior, llamada matriz
mitocondrial, tienen también ribosomas propios y cadenas
circulares de DNA (llamado mitocondrial). La existencia de
DNA y ribosomas les confiere cierta autonomía. Parecen ser
antiguas bacterias de vida libre que pasaron al interior de la
célula de manera simbiótica, proceso conocido como
endosimbiosois.
Centriolos: Son dos estructuras, exclusivas de las células
animales, formadas por nueve parejas de microtúbulos
agrupados en forma circular. Son los orgánulos responsables
de la organización del citoesqueleto y de regular los
movimientos de cilios y flagelos.
Cloroplastos: Orgánulos exclusivos de las células vegetales.
En su interior se lleva a cabo la fotosíntesis. Como las
mitocondrias, tienen dos membranas, la interior replegada
formando pequeños sáculos que se apilan (tilacoides) y en
cuyas membranas encontramos la clorofila y otros pigmentos
responsables de la fotosíntesis. Al igual que las mitocondrias
poseen DNA y ribosomas propios, lo que les confiere
autonomía y nos hace pensar también es un origen
endosimbiótico.
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Cilios y flagelos. Prolongaciones filiformes que baten, como pequeños látigos, y son responsables de
movimiento de las células. Están recubiertos de membrana y en su interior tiene microtúbulos
organizados. Un tienen nada que ver, estructuralmente hablando, con los de las procariotas.
EL NÚCEO
Es uno de los elementos mas característicos de las células
eucariotas.
Tiene una doble membrana, derivada del retículo
endoplasmático, que está atravesada por poros.
En su interior, en el seno de una sustancia líquido
viscosa, llamada nucleoplasma ( rica en nutrientes disueltos) se
encuentra el DNA, en una serie de filamentos lineales, cuyo
número es característico de cada especie, llamados
cromosomas. Cada cromosoma es un filamento en doble hélice
de DNA unido a unas proteínas llamadas histonas.
Normalmente cada filamento de DNA tiene uno igual a él,
llamado cromosoma homólogo; ello se debe a que las especies
tienen un cromosoma proveniente de su progenitor masculino y
otro de su progenitor femenino; en estos caso hablamos de
individuos diploides. Las células reproductoras tiene un solo
juego de cromosomas de cada, y reciben el nombre de
haploides.
En los núcleos activos se distingue una zona que se tiñe intensamente, se aprecia como un punto, y
recibe el nombre de nucleolo.
Funciones del núcleo: Rige las funciones celulares, ya que en él radica toda la información genética.
El DNA se puede dividir en una enorme cantidad de genes, fragmentos que tienen la información genética
que determina como se fabrica cada proteína.
Un primer proceso consiste en la síntesis del RNA mensajero. El DNA copia un gen
determinado produciendo un RNA mensajero (proceso llamado transcripción), que sale del
núcleo por un poro nuclear para que los ribosomas fabriquen la proteína correspondiente
(traducción).
Fabricación de ribosomas. En una parte del núcleo, llamada nucleolo, se fabrica el RNA
ribosomal, y comienza a enrollarse alrededor de las proteínas ribosomales, que han entrado
para ello al núcleo. Todavía inmaduros, salen los ribosomas del núcleo, y acaban de madurar
en el citoplasma.
Fabricación del RNA de transferencia. También se transcribe en el núcleo el RNA de transferencia, que
también sale del mismo por los posos nucleares, para llevar a acabo su función en el citoplasma.
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FISIOLOGÍA CELULAR
La fisiología celular es el estudio de las funciones biológicas de las células. Estudiaremos:
- Nutrición celular
- Reproducción celular
NUTRICIÓN CELULAR
Es el conjunto de reacciones que se llevan a cabo en el interior de la célula para conseguir:
A) Energía para las diferentes funciones vitales
B) Macromoléculas para construir los orgánulos y las estructuras celulares necesarias.
Tipos de nutrición celular
Autótrofa
Heterótrofa
Nutrición autótrofa
Aquella que necesita tomar del exterior moléculas orgánicas ricas en energía. Generalmente las
moléculas orgánicas (alimento) han de sufrir previamente una digestión:
Proceso por el que las
moléculas orgánicas más grandes y complejas (macromoléculas) se rompen (mediante enzimas o fermentos
digestivos) en moléculas orgánicas más sencillas que pueden atravesar las membranas celulares.
Polisacáridos
digestión
Glucosa
Proteínas
digestión
Aminoácidos
Ac. Nucleicos
digestión
Nucleótidos
Intracelular (mediante los lisosomas)
La digestión puede ser
Extracelular (expulsando los fermentos fuera de la célula)
Con los nutrientes básicos digeridos, la célula se nutre, es decir somete estos a una serie de reacciones
químicas que reciben el nombre de metabolismo. El metabolismo podemos dividirlo en dos tipos:
Catabolismo: Reacciones de oxidación que liberan energía. (procesos de destrucción)
Anabolismo: Reacciones de síntesis de grandes moléculas (procesos de construcción)
Catabolismo: También llamado respiración. Podemos hablar de:
Catabolismo o respiración aeróbica
Catabolismo o respiración anaeróbica
Vía anaeróbica
2 NAD
GLUCOSA
2ADP
2 Ac. Pirúvico + 4 H
2ATP
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2 NADH2
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2 Ac. Pirúvico
2 etanol
2 NADH2
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O 2 acido láctico
2 NAD
Este tipo de respiración la llevan a cabo seres vivos como las levaduras para obtener su energía
necesaria para las funciones vitales (ATP), liberando como producto de desecho el etanol. Nuestras células
pueden también utilizar esta forma de obtención de ATP cuando no les llega suficiente oxígeno para la
modalidad aeróbica (es el fenómeno responsable de las agujetas en nuestros músculos al acumularse el
ácido láctico).
Vía aeróbica
Se lleva a cabo en la mitocondria de las células, una fase en la matriz mitocondrial y la otra en las
crestas mitocondriales. Se necesita oxígeno, que aunque interviene al final del proceso, es clave para que se
den todas las reacciones.
La primera parte del proceso es análogo al que se lleva acabo en el proceso anaeróbico, y se lleva a
cabo en el citoplasma celular. Lo recordamos:
2 NAD
GLUCOSA
2 Ac. Pirúvico + 4 H
2ADP
2ATP
2 NADH2
2Acido pirúvico
MITOCONDRIA
Ciclo de
KREBS
6 CO2
4 NAD
8H
4 NADH2
CRESTA MITOCONDRIAL
6 NADH2
+
3 O2
36 ADP
6 H2O + 6 NAD
36 ATP
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