2º ESO CIENCIAS de la NATURALEZA En la elaboración de este libro se han tenido en cuenta las normas ortográficas establecidas por la RAE en diciembre de 2010. 2E Ciencias Naturaleza - Primeras.indd 1 06/03/12 12:01 1seres vivos Componentes de los se organizan en Inorgánicos Orgánicos Células Agua Glúcidos Procariotas Sales minerales Lípidos Eucariotas Proteínas Animales Vegetales Ácidos nucleicos contienen Membrana Citoplasma Núcleo 1 Célula procariota. 2 Célula eucariota vegetal. 3 Célula eucariota animal. 4 División celular: mitosis. 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 6 05/03/12 7:14 1 2 1 El universo 4 3 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 7 05/03/12 7:14 1 Componentes de los seres vivos Los seres vivos están formados por los mismos elementos que constituyen la Tierra, pero en diferente proporción. Los elementos químicos que forman parte de los seres vivos se denominan bioelementos. Destacan el oxígeno (O), el carbono (C), el hidrógeno (H), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y azufre (S), que constituyen entre el 95 % y 99 % de la composición total de los seres vivos. En menor proporción destacan el calcio (Ca), el magnesio (Mg), el sodio (Na), el potasio (K), el hierro (Fe), el cloro (Cl) y en una proporción muy baja tenemos el cobre (Cu), el manganeso (Mn), el aluminio (Al), el níquel (Ni), el flúor (F), el yodo (I), el silicio (Si), el zinc (Zn), el molibdeno (Mo)… Estos elementos se combinan entre sí formando moléculas. Estas moléculas las clasificamos en inorgánicas (agua y sales minerales) y orgánicas, compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno fundamentalmente (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Materia viva Oxígeno (O): 65 % Carbono (C): 18 % Hidrógeno (H): 10 % Calcio (Ca): 2 % Otros: 0,7 % Azufre (S): 0,2 % Fósforo (P): 1,1 % Nitrógeno (N): 3 % Diagrama de sectores con la proporción de los elementos en la materia viva. Corteza terrestre Carbono (C): 0,16 % 1.1. Moléculas inorgánicas Silicio (Si): 20,5 % Oxígeno (O): 60,4 % Agua Sales minerales La molécula de agua está compuesta por átomos de hidrógeno y oxígeno en proporción dos a uno: H2O. Es el compuesto mayoritario de los seres vivos. Puede oscilar entre el 60 % y 99 % del peso total de un ser vivo. Pueden encontrarse en los (Al): seres vivos en estadoAluminio sólido 6,2 % Hidrógeno (H): 2,9 % formando parte de los caparazones protectores de moluscos, del esqueleto…, como es el caso de carbonaSales minerales. tos, fosfatos, silicatos. Agua. Sus funciones son muy variadas, es el medio donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas de los seres vivos, es el disolvente de iones, minerales y muchas sustancias orgánicas, actúa como regulador de la temperatura, transporta sustancias, es el lugar donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas de un ser vivo. Otros: 9,84 % Otras sales minerales se encuentran disueltas en el organismo desempeñando funciones muy importantes en los seres vivos: mantienen el pH constante, intervienen en la transmisión del impulso nervioso, en la contracción muscular, en la coagulación sanguínea, en las reacciones de las células… Destacamos los iones de sodio, potasio, calcio, magnesio, cobre, hierro, cloro (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu+, Fe2+, Cl–)… ACTIVIDADES 1. Consulta una tabla periódica y localiza en ella los bioelementos. 2. Realiza un esquema clasificando los componentes de los seres vivos. 3. Cita las funciones que desempeña la molécula de agua en los seres vivos. 4. ¿Qué ser vivo posee mayor proporción de agua: una medusa o una lagartija? 5. Enumera tres seres vivos que poseen caparazones protectores. 8 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 8 06/03/12 13:41 1.2. Moléculas orgánicas Azúcares, glúcidos o hidratos de carbono Son compuestos formados por átomos de carbono, hidrógeno y oxí­ geno. Son solubles en agua. Monosácaridos Disacáridos Polisacáridos Poseen sabor dulce y un número pequeño de átomos de carbono, entre tres y siete. De aquí reciben sus nombres: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas… Se forman por la unión de dos monosacáridos. Poseen sabor dulce. Son grandes cadenas de monosacáridos unidos unos tras otros, semejantes a las cuentas de un collar. Los formados por uniones de moléculas de glucosa son los siguientes: • Pentosas: ribosa y desoxirribosa, forman parte de los ácidos nucleicos. • Hexosas: glucosa, molécula que utilizan los organismos como fuente de energía, galactosa, presente en la leche, y fructosa, que se encuentra en las frutas. • Sacarosa: unión de glucosa y fructosa; se extrae de la remolacha azucarera y de la caña de azúcar; constituye lo que denominamos «azúcar». • Lactosa: unión de glucosa y galactosa, está presente en la leche. Lactosa Glucosa • Almidón: molécula de reserva para los vegetales. Está presente en gran cantidad en los tubérculos (como las patatas), en los cereales, etc. • Gucógeno: moléculas de reserva para los animales y los hongos. Se almacena principalmente en el hígado y en el músculo y se utiliza como fuente de glucosa en los momentos de ayuno. • Celulosa: posee función estructural para los vegetales, es la responsable de dar rigidez y permitir que permanezcan erguidos. Se sitúa en las paredes de las células vegetales. Fructosa Sacarosa Almidón Lípidos Están formados por átomos de car­ bono, hidrógeno y oxígeno, y algu­ nos poseen además, fósforo, nitróge­ no y azufre. Químicamente presentan una estructura variable, pero todos tienen en común que son insolubles en agua, y solubles en disolventes orgánicos como el etanol, la gliceri­ na, etcétera. Funciones de los lípidos en los seres vivos • Energética: – Ácidos grasos: el oleico, compuesto mayoritario del aceite de oliva, o el linoleico, linolénico y araquidónico, imprescindibles en la dieta del hombre puesto que no somos capaces de sintetizarlos. – Grasas: unión de una molécula de glicerina con tres ácidos grasos (triglicéridos). Pueden ser sólidas si proceden de animales (el sebo o la manteca) o bien líquidas como los aceites vegetales (de oliva, de girasol, de soja, etc.). • Protectores: como las ceras, presentes en las cubiertas vegetales (piel de los frutos, hojas, etc.) o en el oído de los mamíferos. • Colorantes: pigmentos responsables del color de los vegetales; verdes (clorofila), rojos (xantofila). • Actúan como vitaminas: como las A, D, E y K, que intervienen en procesos fundamentales del hombre. Triglicéridos • Acción hormonal: por ejemplo, las hormonas que controlan el desarrollo sexual (testosterona, andrógenos, etc.). Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 9 9 05/03/12 7:14 Proteínas ACTIVIDADES Son moléculas de gran tamaño compuestas por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, principal­ mente. Algunas poseen, además, fósforo, azufre, hierro, zinc, cobre y magnesio. Están formadas por la unión de aminoácidos. Existen en la naturaleza veinte aminoáci­ dos diferentes, que se combinan entre sí formando largas cadenas. Estas cadenas se pliegan, y forman estructuras tridimensionales de gran complejidad. El cambio de un solo aminoácido da lugar a diferentes proteínas o a pro­ teínas defectuosas que no pueden realizar su función. Desde el punto de vista nutricional, existe una serie de aminoácidos (dependiendo del ser vivo) que se denomi­ nan esenciales. Se deben tomar en la dieta, puesto que no pueden ser sintetizados (fabricados) por el ser huma­ no y son necesarios para construir proteínas nuevas. Radical Aminoácido 6. Señala, de las siguientes estructuras de un vegetal, cuál tendrá mayor cantidad de celulosa, almidón y fructosa. ¿Cuál posee un sabor más dulce? tronco - tubérculo - fruto 7. El almidón es una fuente de glucosa para nuestro organismo, muy necesaria para los deportistas. ¿Qué alimentos deberían comer antes de una competición para obtener glucosa? 8. ¿Qué ácidos grasos no puede sintetizar el ser humano? Grupo amino (–NH2) Grupo ácido (–COOH) Aminoácidos Proteína Funciones de las proteínas en los seres vivos • Transportadora: la albúmina, que viaja por la sangre llevando partículas de un lugar a otro. La hemoglobina transporta los gases respiratorios: oxígeno (O2) y dióxido de carbono (CO2). • Estructural: la queratina forma parte de los pelos o las uñas; el colágeno se encuentra formando parte del tejido cartilaginoso y está presente en los pabellones auditivos, en la nariz, en las articulaciones… • Contráctil: la miosina y la actina forman parte del tejido muscular. • Inmunológica: las inmunoglobulinas intervienen en la defensa de los organismos. Son los denominados «anticuerpos». • Catalizadora: las enzimas intervienen en las reacciones celulares, aumentando su velocidad. • Factores de coagulación: intervienen en la coagulación sanguínea, favoreciendo la unión entre las plaquetas. • Hormonal: la insulina (controla el nivel de glucosa en la sangre) y la adrenalina (se libera en situaciones de peligro) tienen naturaleza proteica. 10 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 10 05/03/12 7:14 Ácidos nucleicos Su composición es: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósfo­ ro. La unidad fundamental son los nucleótidos, formados por ácido fosfórico, una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitroge­ nada. Las células utilizan como «moneda energética» un par de nucleóti­ dos, el ADP (adenosindifosfato) y el ATP (adenosintrifostato). La ener­ gía que se obtiene en la célula se utiliza para transformar el ADP en ATP. Este ATP se transforma de nuevo en ADP cuando la célula requie­ re energía. C G A T G C T A Energía procedente de las reacciones celulares ADN ATP Energía necesaria para procesos celulares Los nucleótidos se unen entre sí formando los ácidos nucleicos, que son de dos tipos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribo­ nucleico (ARN). Ambos desempeñan funciones imprescindibles para la célula. Doble hélice de ADN. Los ácidos nucleicos están formados por cinco bases nitrogenadas distintas: • ADN: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). • ARN: adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C). Ácido desoxirribonucleico (ADN) Es la molécula que contiene toda la información necesaria para que funcione un ser vivo. Posee una estructura muy compleja. Está constituido por dos largas cadenas de nucleótidos, enfrentadas una con otra produciéndose uniones entre las bases nitrogenadas de ambas. Estas cadenas se enrollan sobre sí mismas formando una doble hélice, la cual se vuelve a plegar formando los cromosomas. Cada especie de ser vivo tiene un número de cromosomas propio. La especie humana presenta 46 cromosomas. La información que posee el ADN está formada por un código de cuatro letras: A–T–G–C (dependiendo de la base nitrogenada que posea cada nucleótido). El orden en que se encuentren determina la información que portan. Cada carácter que posee un ser vivo, color de la semilla, existencia de aletas, etc., está codificado por un gen (o varios). Es decir, un gen es una secuencia de ADN que determina un carácter. Ácido ribonucleico (ARN) Posee una estructura más sencilla que el ADN. Existen diferentes tipos de ARN y cada uno desempeña una función diferente. • Actúa como material genético en algunos virus, como es el caso del VIH, que produce el sida, o del virus del herpes simple. • Interviene en la síntesis de proteínas. • Forma parte de los ribosomas (orgánulos subcelulares). Estructura del ADN (modelo de bolas). ACTIVIDADES 9. ¿Qué significa el término aminoácido esencial? ¿Por qué crees que es necesario ingerirlos en la dieta? ¿Qué pasaría si tuviéramos un déficit de aminoácidos? 10. ¿Cómo se produce el intercambio de energía en las células? 11. ¿Cuántas letras tiene nuestro abecedario? ¿Y el ADN? Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 11 11 05/03/12 7:14 2 La célula: unidad fundamental de la vida Los seres vivos están formados por unidades de vida: las células. La célula es la unidad más sencilla capaz de nutrirse, crecer, repro­ ducirse y relacionarse con el medio que la rodea. Los organismos más sencillos, solo están formados por una célula, y los más complejos, por millones. ¿Podemos distinguir las células de nuestro cuerpo al mirarnos al espejo o al observar nuestra piel? Evi­ dentemente no, porque su tamaño es microscópico. Las más peque­ ñas tienen aproximadamente un tamaño de 3 micrómetros (µm), como es el caso de algunas bacterias, y las mayores pueden llegar a medir hasta 7 cm, como es el caso de la yema del huevo de un aves­ truz. Microscopio de Leeuwenhoek. Diferentes tipos de células Hasta el siglo xvii no se conocía la existencia de las células. En 1665, Robert Hooke las observó por primera vez, gracias a la construcción del primer microscopio. Tomó finas láminas de corcho y las observó al microscopio; su aspecto le recordó a «celdillas» y por ello le asignó el nombre de células. Poco después, en 1675, el comerciante holandés Anton van Leeu­ wenhoek desarrolló microscopios capaces de aumentar las prepara­ ciones hasta 300 veces. Así logró describir bacterias, protozoos, es­ permatozoides, etc. Ya en el siglo xix, el botánico alemán Matthias Schleiden, en 1837, y su compatriota zoólogo Theodor Schwann, un año después, propu­ sieron los principios de la teoría celular: la célula es la unidad funcio­ nal y estructural de los seres vivos. En 1855, Rudolf Virchow, postuló su teoría: «omnis cellula e cellula», toda célula proviene de otra ya existente. Célula epitelial Glóbulo rojo El trabajo de estos investigadores, y de otros muchos, fue generaliza­ do a todos los tipos celulares gracias a las aportaciones de Santiago Ramón y Cajal, quien estudió el tejido nervioso y describió las neuro­ nas como unidad funcional del mismo. En 1889 presentó La doctrina de la neurona, ante la sociedad anatómica alemana. Teoría celular Bacteria • Todos los seres vivos están constituidos por una o varias células. • La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. • La célula es la estructura más pequeña capaz de nutrirse y rela­ cionarse con el medio que la rodea. • Toda célula procede por división de otra ya existente. • La célula posee la información necesaria (material hereditario) que pasa de la célula madre a la hija. 12 Óvulo UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 12 05/03/12 7:14 Todas las células tienen tres elementos básicos: • Membrana plasmática: controla el intercambio de sustancias con el exterior. • Citoplasma: líquido acuoso, donde se encuentran todos los orgá­ nulos celulares. • Material genético: controla la actividad celular. 2.1. Células procariotas Escherichia coli. Las células procariotas son las células más sencillas. Su material ge­ nético está libre en el citoplasma y no poseen orgánulos recubiertos de membrana en el citoplasma. Las bacterias son células procariotas. Se consideran los organismos más sencillos. Poseen las siguientes estructuras: • Pared celular rígida: es la responsable de proporcionar resistencia a la célula y definir su forma. • Membrana celular: está formada por una doble capa (bicapa) de lípidos. • Citoplasma: está compuesto por agua y las siguientes estructuras: – Material genético: ADN circular de doble hélice. – Ribosomas: son los únicos orgánulos citoplasmáticos que inter­ vienen en la síntesis de proteínas. Están compuestos por ARN y proteínas. – Mesosomas: repliegues membranosos donde se localizan las en­ zimas responsables de los procesos metabólicos. – Plásmidos: pequeños fragmentos de ADN que pueden llevar in­ formación que proporciona resistencia a los antibióticos. • En ocasiones presenta flagelos: estructuras responsables de la mo­ vilidad y prolongaciones semejantes a pelillos, fimbrias, que rode­ an toda la célula y la fijan al medio. Pared celular Membrana celular 14. Explica la función de la pared celular en células procariotas. Fimbrias Citoplasma Ribosoma Mesosoma 12. Realiza una línea del tiempo señalando los diferentes investigadores que han contribuido al desarrollo de la teoría celular y sus aportaciones a la misma. 13. ¿Qué funciones desempeñan los seres vivos? ADN Plásmido ACTIVIDADES Flagelo 15. ¿Qué estructura posibilita el desplazamiento celular? 16. ¿Qué es un plásmido? 17. ¿Dónde ocurren las reacciones químicas en las células procariotas? Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 13 13 05/03/12 7:14 2.2. Células eucariotas Las células eucariotas son las células más complejas. Su caracterís­ tica principal es que poseen su material genético rodeado de membrana y orgánulos subcelulares localizados en el citoplasma y rodeados de membranas, donde se realizan las diferentes funcio­ nes celulares. Existe gran diversidad de células eucariotas, en cuan­ to a su tamaño, morfología y estructura. Ribosoma. Los protistas, los hongos, los animales y los vegetales están formados por células eucariotas, pero con algunas estructuras diferentes. Las células eucariotas poseen las siguientes partes: Membrana celular Mitocondria. Está compuesta por una doble capa de lípidos en cuyo interior se engloban proteínas y glúcidos. Desempeña las siguientes funciones: • Delimita a la célula. • Permite el intercambio de sustancias con el exterior, en ambos sen­ tidos. El paso de moléculas a través de ella está regulado por la pre­ sencia de poros. • Comunica la célula con el exterior, recibiendo señales químicas. Citoplasma Retículo endoplasmático. Formado por un líquido acuoso donde se encuentran flotando los de­ más elementos: el citoesqueleto, red de túbulos que determina la for­ ma de la célula, el núcleo y los orgánulos subcelulares. Estos son: • Ribosomas: orgánulos similares a los que poseen las células proca­ riotas, pero de un tamaño mayor. Intervienen en la síntesis de pro­ teínas celulares. Aparato de Golgi. • Mitocondrias: son la central energética de la célula. En ellas se pro­ duce la respiración celular, proceso en el que se obtiene energía a partir de la glucosa. Tienen ADN propio. • Retículo endoplasmático: está asociado a la membrana nuclear. – Rugoso: recibe el nombre de los ribosomas que posee asociados a su pared. Almacena proteínas que, posteriormente, pasarán al aparato de Golgi. – Liso: interviene en la formación y transporte de los lípidos celulares. • Aparato de Golgi: está constituido por una serie de sacos que se forman por la unión de vesículas procedentes del retículo endo­ plasmático. Se encargan de formar polisacáridos, que se unirán a, las proteínas, y almacenan sustancias diversas, como hormonas, proteínas, etc., que, posteriormente, se exportarán a otras estructu­ ras celulares o hacia el exterior mediante vacuolas (fragmentos de membrana que engloban sustancias y que se forman a partir de los propios sacos del aparato de Golgi). • Lisosomas: son orgánulos de forma circular y pequeño tamaño que se encargan de digerir las moléculas que ingiere la célula. Poseen una membrana muy gruesa para impedir que las enzimas digesti­ vas que contienen dañen su estructura. 14 Lisosoma. Cromatina (rodeando al nucléolo) Complejo del poro nuclear Nucléolo Envuelta nuclear interna Envuelta nuclear externa Estructura del núcleo. UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 14 05/03/12 7:14 Núcleo ACTIVIDADES Contiene el ADN celular, almacena la información gené­ tica, pasándola a las células hijas en el momento de la división celular. Sus partes son: 18. Señala cuáles son las estructuras propias de las células vegetales. • Membrana nuclear: controla el paso de sustancias en­ 19. ¿En qué lugar de la célula se producen los procesos de obtención de energía? tre el núcleo y el citoplasma. 20. Enumera los orgánulos que intervienen en la síntesis, la modificación y el transporte de proteínas celulares. • Nucléolo: su función fundamental es la síntesis de ri­ bosomas. • Cromatina: el ADN se encuentra plegado dentro de la 21. ¿Qué estructuras comparte una célula procariota con una eucariota? célula, formando una especie de ovillos, y unido a pro­ teínas denominadas histonas, que ayudan a su com­ pactación. Célula animal Las células animales presentan un orgánulo específico, denominado centrosoma, que está compuesto por dos centriolos, formados por microtúbulos. Intervienen en el movimiento de la célula, a partir de él se forman los cilios y flagelos, y participan en la división celular. Retículo endoplasmático liso Núcleo Nucleolo Centriolo Cotoesqueleto Citoplasma Ribosoma Vesícula secretora Retículo endoplasmático rugoso Lisosomas Aparato de Golgi Célula vegetal Las células vegetales poseen una pared celular rígida que rodea a la membrana plasmática. Está formada por depósitos de celulosa. Esta estructura es la responsable de dar rigidez a la célula. Los cloroplastos son orgánulos específicos de las células vegetales, son los encargados de realizar la fotosíntesis. En su interior se encuentra la clorofila, pigmento de color verde responsable de extraer la energía de la luz solar. La presencia de clorofila proporciona el color verde a las plantas. Las vacuolas de las células vegetales son de mayor tamaño que las de los animales. En algunos casos pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma. Retículo endoplasmático liso Citoesqueleto Mitocondria Nucleolo Núcleo Lisosoma Aparato de Golgi Ribosoma Cloroplasto Retículo endoplasmático rugoso Citoplasma Membrana plasmática Mitocondria Vacuola central Pared celular central Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 15 15 05/03/12 7:14 3 Las funciones vitales Las células, al igual que los seres vivos, realizan las deno­ minadas funciones vitales: • Función de nutrición: consiste en la obtención de ma­ teria y energía necesaria para el crecimiento y la activi­ dad celular. • Función de relación: incluye la percepción de los estí­ mulos o cambios que se producen en el ambiente y la elaboración de una respuesta ante estos. • Función de reproducción: proceso mediante el cual las células se dividen originando nuevas células. 3.1. Función de nutrición La función de nutrición incluye el conjunto de reacciones químicas necesarias para la incorporación de nutrientes, respiración, transporte y eliminación de desechos. Dependiendo de cuál sea la fuente de materia y energía podemos hablar de nutrición autótrofa y nutrición he­ terótrofa. El conjunto de reacciones químicas celulares se denomina metabolismo+. El metabolismo El conjunto de reacciones metabólicas se pue­ den clasificar en dos grandes grupos: • Catabolismo: descomposición de moléculas orgánicas complejas (glúcidos, lípidos, pro­ teínas…) en moléculas más sencillas, liberan­ do energía que la células utilizan para distin­ tos trabajos o para las reacciones de síntesis. • Anabolismo: síntesis de moléculas más com­ plejas a partir de moléculas sencillas que re­ quiere un aporte de energía. B D Catabolismo C A B energía Grandes moléculas ADP + Pi C A D Pequeñas moléculas ATP energía A B C B A D Anabolismo C D Nutrición autótrofa Las células elaboran materia orgánica a partir de sus­ tancias inorgánicas que toman del exterior utilizando para ello como fuente de energía la luz solar (fotosínte­ sis) o un compuesto químico (quimiosíntesis). Importancia biológica de la fotosíntesis • La fotosíntesis ha tenido un papel muy importante en la evolución de la atmósfera terrestre. La atmósfera primitiva carecía de oxígeno, pero poseía dióxido de carbono y vapor de agua (entre otros compuestos). Las cianobacterias, mediante la fotosíntesis, comenzaron a utilizar ese dióxido de carbono y a expulsar oxígeno a la atmósfera como producto residual. Poco a poco, el contenido en este gas fue en aumento hasta llegar a constituir el 21 % de nuestro aire. • Gracias a la fotosíntesis, el carbono presente en el dióxido de carbono se incorpora a compuestos orgánicos (glucosa), de forma que puede ser utilizado por el resto de los seres vivos (ciclo del carbono). Cianobacteria • La transpiración de las plantas elimina grandes cantidades de vapor de agua. Esto contribuye a mantener el ciclo del agua en el planeta y a regular la temperatura de muchas zonas. 16 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 16 05/03/12 7:14 • Fotosíntesis: proceso mediante el cual, a partir de sus­ tancias inorgánicas simples como las sales minerales, el dióxido de carbono atmosférico y el agua, utilizan­ do como fuente de energía la luz solar, se obtienen moléculas orgánicas sencillas (glúcidos), gracias a las cuales se podrán formar otras moléculas orgánicas, li­ berándose en el proceso energía y oxígeno como pro­ ducto de desecho. CO2 + H2O + Sales minerales Luz solar Glucosa + O2 + Energía Para captar la energía procedente de la luz solar es ne­ cesaria la presencia de un pigmento de color verde, denominado clorofila. Este pigmento es el responsa­ ble del color verde de los organismos fotosintéticos: cianobacterias (célula procariota), algas y plantas (células eucariotas vegetales). En el caso de las cianobacterias, su membrana plasmáti­ ca posee unos repliegues denominados tilacoides, don­ de tiene lugar la fotosíntesis. En las algas y las plantas, la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de sus células. • Quimiosíntesis: es el proceso mediante el cual se sinte­ tizan moléculas orgánicas, utilizando para ello la ener­ gía procedente de la oxidación de compuestos inorgá­ nicos como metano (CH4), amoníaco (NH3), ácido sulfhídrico (SH2) e incluso hidrógeno gaseoso. Solo son capaces de realizar estas reacciones algunas bacterias. Fases de la fotosíntesis • Fase lumínica: ocurre en presencia de luz. La clorofila capta la energía procedente de la luz del sol y rompe la molécula de agua (hidrólisis), liberándose 2H+ (átomos de hidrógeno con carga positiva, cationes hidrógeno), oxígeno (1/2 O2) que se libera al exterior, y energía que se utilizará en la siguiente fase. Esta energía se almacena en moléculas de ATP (molécula que actúa como moneda energética celular). • Fase oscura: no depende de la luz solar, se puede realizar en presencia o ausencia de la misma. El dióxido de carbono atmosférico, junto con los H+ y el ATP, es transformado en glucosa en el ciclo de Calvin (secuencia cíclica de reacciones químicas). Posteriormente se sintetizarán otros azúcares, proteínas y lípidos. Luz CO2 H2O Ciclo de Calvin FASE LUMINOSA Nutrición heterótrofa Las células toman del medio los compuestos orgánicos que transforman para obtener energía y poder construir nuevas estructuras. Son heterótrofas las células de los animales, los hongos, protozoos y muchas bacterias. Estroma Tilacoides O2 ATP H+ FASE OSCURA Glúcidos ACTIVIDADES 22. Escribe la ecuación que representa la fotosíntesis y explica los hechos más relevantes de cada una de sus fases. 23. Después de comprender el papel que ejerce la fotosíntesis en el mantenimiento de la vida terrestre, ¿por qué crees que puede estar relacionado el aumento del dióxido de carbono atmosférico, con la tala indiscriminada de árboles, sobre todo en las selvas tropicales? 24. ¿Qué fuente de energía utilizan los organismos quimiosintéticos? Sol Energía solar Glúcidos Agua (H2O) Dióxido de carbono (CO2) Grana Tilacoides O2 Estroma Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 17 17 05/03/12 7:14 Respiración celular Todas las células (autótrofas y heterótrofas) obtienen energía mediante la respiración celular. La respiración es un conjunto de reacciones químicas encaminadas a transformar las moléculas orgánicas ricas en energía, como la glucosa, en dióxido de carbono y agua, utilizando para ello el oxígeno y liberando ener­ gía (en forma de moléculas de ATP), que las células utili­ zan para llevar a cabo sus funciones vitales. Ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas (tanto vegetales como animales). Glucosa + O2 Materia orgánica (glucosa) Oxígeno (O2) Energía Dióxido de carbono (CO2) CO2 + H2O + Energía Fermentaciones Glucosa u otros azúcares Glucólisis CO2 +HO2 alcoh ól i c a Ácido pirúvico + E Ferm entac ión • Fermentación láctica: las bacterias del género Lactobacillus transforman la lactosa presente en la leche en ácido láctico. De esta manera la leche pasa a ser sólida y a tener un gusto ácido: se ha transformado en yogur. En el músculo de los mamíferos también se puede producir ácido láctico, si se realiza un ejercicio físico intenso y no hay suficiente oxígeno, de manera que la glucosa se fermenta y aparecen las agujetas. Representa el principal nutriente de las células. La respiración ce­ lular y las fermentaciones com­ parten la primera fase, tal y como indica el gráfico: Fermentación láctica • Fermentación alcohólica: las levaduras Sacharomyces transforman los azúcares presentes en el mosto de la uva, la cebada o la harina de trigo, en etanol y dióxido de carbono. De esta forma se fabrican el vino, la cerveza o el pan. La esponjosidad de la miga de pan se Lactobacillus. debe a las burbujas que deja el dióxido de carbono; en este caso, el etanol creado se evapora en la cocción del pan. La glucosa C de iclo Kre bs Transformación de moléculas orgánicas en otras en ausencia de oxígeno, proceso anaerobio. Se libera menor cantidad de energía que en la respiración celular. Estos procesos son realizados por bacterias, levaduras, hongos, y en algunos casos por organismos superiores, en ausencia de oxígeno. Las fermentaciones tienen mucha importancia en la industria: Etanol Ácido láctico • Fermentación acética: las bacterias del género Acetobacter transforman el etanol en ácido acético. Así, a partir de sidra, vino u otras bebidas con etanol, se fabrica el vinagre. 18 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 18 05/03/12 7:14 3.2. Función de relación Los seres vivos necesitan conocer cómo es el medio que los rodea, y adaptarse a sus cambios. Podemos definir sensibilidad como la capacidad que tienen las célu­ las para captar los estímulos (cambios en el medio externo e interno) y elaborar una respuesta adecuada. Las repuestas celulares son fundamentalmente de dos tipos: • Respuestas pasivas: no implican movimiento, las respuestas son muy variadas: algunas células se recubren de capas protectoras y pasan a un estado latente (enquistamiento) cuando las condicio­ nes ambientales no son adecuadas, secreción de sustancias (vene­ nos), emisión de luz (bioluminiscencia)… • Respuestas que provocan movimiento, la forma más extendida, se denominan taxias o tactismos. Si la célula se aleja del estímulo es negativa, y se acerca a él, positiva. Dependiendo del estímulo, te­ nemos las siguientes taxias: – Fototaxia o fototactismo: reacción ante la luz. – Geotaxia o geotactismo: repuesta ante la gravedad. ACTIVIDADES 25. Define los términos: aerobio, anaerobio, sensibilidad y taxia. 26. ¿Dónde tiene lugar la respiración celular? ¿Qué organismos la realizan? 27. ¿Qué relación encuentras entre la respiración celular y la fotosíntesis? 28. Explica cuáles son los mecanismos de desplazamientos de las células y señala cuál es más efectivo para crear a su alrededor corrientes de agua. – Termotaxia o termotactismo: reacción ante la temperatura, como por ejemplo el desplazamiento del espermatozoide a tra­ vés de la trompa de Falopio femenina, en busca del óvulo. – Quimiotaxia o quimiotactismo: respuesta ante una sustancia química. El movimiento celular se consigue mediante mecanismos diversos, como los cilios, los flagelos, la emisión de pseudópodos y los movi­ mientos contráctiles. Mecanismos de desplazamientos celulares Flagelos: prolongaciones únicas y largas, cuyo movimiento produce el desplazamiento de la célula. Están presentes en algunos protistas y en los espermatozoides. Cilios: prolongaciones muy numerosas y de tamaño pequeño, que recubren las células o se sitúan en una zona determinada. Su movimiento provoca corrientes del líquido donde se encuentren. Pseudópodos: deformaciones del citoplasma de una célula, que van acompañados con el desplazamiento del resto de la célula hacia dichas deformaciones, provocando el movimiento de la célula entera. Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 19 19 05/03/12 7:14 3.3. Función de reproducción: división celular La división celular es el proceso mediante el cual una célula se divide en dos célula iguales a la célula madre. Existen diversas modalidades de división celular: • Bipartición: se originan dos células hijas del mismo tamaño. Se da en organismos unicelulares. • Gemación: consiste en la formación de una yema, una célula hija es menor que la otra. Tiene lugar en las levaduras. • Pluripartición: el núcleo se divide varias veces, ocurre en los proto­ zoos. • Esporulación: el núcleo de la célula madre se divide varias veces y cada célula se rodea de la membrana celular. Ocurre en los hongos, musgos y helechos. En la división celular se pueden diferenciar tres etapas: • Duplicación del material genético o interfase: antes de la división celular se duplica el material genético para que cada una de las cé­ lulas hijas presente una copia exacta. Los cromosomas presentan dos cromátidas con idéntica información genética. • División del núcleo o mitosis: se produce el reparto de los cromo­ somas en las células hijas, donde en cada una de ellas va una de las cromáticas de las que constaban los cromosomas de la célula ma­ dre. Consta de las siguientes fases: – Profase: la membrana nuclear desaparece, y los cromosomas du­ plicados en la interfase se liberan al citoplasma. Imagen de microscopia de diferetes fases de la mitosis. – Metafase: los cromosomas se sitúan en el centro de la célula. – Anafase: las cromátidas de los cromosomas se separan y se diri­ gen hacia los polos de la célula. – Telofase: comienza a crearse la membrana nuclear en torno a las cromátidas en los dos extremos celulares y la membrana celular empieza a invaginarse por el medio. • División del citoplasma o citocinesis: se produce cuando finaliza la mitosis. Mediante un tabique de la pared celular en las células ve­ getales o un estrechamiento en las células animales, las dos células hijas se separan. ACTIVIDADES 29. Define la mitosis y realiza un diagrama de la misma. 30. Explica las diferencias y semejanzas entre una gemación y una esporulación. Pon un ejemplo de algún ser vivo que se reproduzca de esta manera. 20 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 20 05/03/12 7:14 Etapas de la mitosis Metafase Profase envoltura nuclear nucléolo cromosoma en condensación formado por cromátidas Anafase huso mitótico centrosomas cromosomas alineados en la placa metafásica membrana plasmática Telofase Citocinesis envoltura nuclear reaparición del nucléolo las cromátidas son arrastradas hacia los polos recomposición de la envoltura nuclear par de centríolos Esquema de la mitosis. Tipos de división celular Bipartición Gemación Pluripartición Esporulación Microscopia electrónica de bipartición de la bacteria Salmonella. Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 21 21 05/03/12 7:14 Práctica Identificación de almidón Objetivo Tubos de ensayo Identificar la presencia de almidón en diversos productos de origen vegetal, utilizando para ello el reactivo lugol. Material • Tubos de ensayo • Patata Gradilla • Gradilla • Harina Espátula • Vidrio de reloj • Arroz crudo y cocido • Pipeta • Macarrones crudos y cocidos • Espátula Pipeta Vidrio de reloj • Pan Fundamento El reactivo lugol posee átomos de yodo. Cuando el yodo entra en contacto con las moléculas de almidón, reacciona con este, y la muestra toma un co­ lor azul violeta, casi negro. Proceso Se toman las muestras de arroz crudo, arroz cocido, macarrones crudos, ma­ carrones cocidos, pan y patata y se depositan en un vidrio de reloj. Tomamos con la espátula una muestra de harina y se añade a un tubo de ensayo. Con la pipeta, se añade sobre esta 5 mL de agua y se agita hasta di­ solver la harina en el agua. En este momento añadimos tres gotas del reactivo lugol a las preparaciones y se observa qué ocurre. ACTIVIDADES 1. Completa el siguiente cuadro con los resultados que obtengas en la práctica. Patata Harina Arroz crudo Arroz cocido Macarrones crudos Macarrones cocidos Color ••• ••• ••• ••• ••• ••• Pan ••• 2. Señala cuáles de las muestras anteriores reaccionan con el lugol. 3. ¿Cuáles poseen almidón? 4. ¿Existen diferencias entre el arroz cocido y crudo, y entre los macarrones cocidos y crudos? 5. Cuando ayudas en casa a hacer arroz o pasta, ¿qué hacéis después de cocerlos? ¿Para qué crees que se hace? 22 UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 22 06/03/12 12:01 Severo Ochoa Proyecto de investigación El reto No son muchos los científicos españoles que consiguen influir de manera decisiva en la ciencia internacional. Aunque en los últimos tiempos las universidades españolas realizan aportacio­ nes cada vez más significativas al desarrollo científico, durante la mayor parte del siglo xx eran muy pocos los investigadores de nuestro país cuyos trabajos fueran valorados en el exterior. Entre ellos destacan dos figuras: Santiago Ramón y Cajal y Seve­ ro Ochoa. En este proyecto de investigación trataremos de co­ nocer mejor la figura de este último buscando algunos datos sobre su vida y sus investigaciones. Aprende a aprender 1. Como siempre, empezamos buscando algunos datos de la vida de Severo Ochoa. Consulta diversas fuentes de información y comple­ ta el siguiente cuadro: Su nombre completo es… ¿Dónde y cuándo nació? ¿Qué estudió? ¿En qué universidad? Vivió gran parte de su vida en otro país. ¿En cuál? Volvió definitivamente a España en… ¿Cuándo y dónde murió? Severo Ochoa. ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• 2. Junto con Santiago Ramón y Cajal, Severo Ochoa es el único espa­ ñol que ha recibido un premio Nobel científico. Busca información al respecto y contesta las siguientes preguntas: a) ¿En qué año lo recibió? b) ¿Lo recibió en solitario o fue compartido? c) ¿Por qué investigaciones se lo concedieron? 3. Los trabajos de Severo Ochoa fueron fundamentales para el estudio de una molécula muy especial denominada ADN. Escribe un breve texto sobre esta molécula en el que expliques con tus propias pala­ bras cuál es su nombre completo, cuál es su estructura, dónde se encuentra y para qué sirve. Obtén información Puedes consultar: • <www.wikipedia.org/> • <www.portalciencia.net/geniosochoa.html> • <www.elmundo.es/suplementos/magazine/2005/295/1116622996.html> • <www.arrakis.es/~lluengo/adn.html> • <www.ecopibes.com/problemas/adn.htm> Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 23 23 06/03/12 12:01 Recuerda 1 Indica en tu cuaderno si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsa: a) La respiración celular ocurre en los cloroplastos. b) Las células vegetales poseen centriolos. c) El retículo endoplasmático rugoso está asociado a ribosomas. d) Las mitocondrias se encuentran tanto en células vegetales como en células animales. e) La pared celular, compuesta principalmente por celulosa, rodea las células vegetales. f ) Las células fotosintetizadoras también realizan la respiración celular. g) Un desecho de la fotosíntesis es el oxígeno. h) La respiración celular y la fotosíntesis son procesos a través de los cuales se libera energía. i) Los azúcares se sintetizan durante la fotosíntesis. j) Los organismos heterótrofos no necesitan a los autótrofos para poder vivir. k) Para que se realice la respiración celular es necesaria la presencia de oxígeno. l) Cuando una célula se divide por mitosis obtenemos dos células hijas diferentes entre sí. 2 Define los conceptos: glúcidos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, célula, nutrición autótrofa, nutri­ ción heterótrofa y mitosis. 3 Enumera las diferencias que existen entre las células eucariotas y procariotas. 4 ¿Qué funciones desempeñan los seres vivos? Interpreta 5 Identifica las imágenes. En la imagen se muestran dis­ tintas fases de la mitosis, señala en tu cuaderno cuál es cada fase y los hechos más relevantes que ocurren en cada una de ellas. 6 Interpreta las microfotografías. En las siguientes imágenes de microscopía electrónica, identifica a qué orgánulo celular corresponden cada una de ellas. INvEStIgA 7 24 Busca información sobre el microscopio óptico y el microscopio electrónico y expón las diferen­ cias entre ambos. UNIDAD 1 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 24 05/03/12 7:14 Elabora 8 Elabora. Copia en tu cuaderno y completa el siguiente cuadro: Componentes Inorgánicos Agua Sales minerales Glúcidos Lípidos Orgánicos Proteínas Ácidos nucleicos 9 Funciones Ejemplos ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• Copia y completa en tu cuaderno el siguiente cuadro, señalando la función de las estructuras celulares y las células a las que pertenecen: Estructuras celulares Pared celular Membrana plasmática Ribosomas Mitocondrias Cloroplastos R. endoplasmático liso R. endoplasmático rugoso Aparato de Golgi Lisosomas Vacuolas Centrosoma Núcleo Funciones ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• Célula animal Célula vegetal ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• ••• Localiza 10 Localiza en los dibujos. Copia los siguientes dibujos en tu cuaderno y señala las diferentes estructuras celulares. C A U R E D O N C A U R E D O N Componentes de los seres vivos 2E Ciencias Naturaleza Ud01.indd 25 25 05/03/12 7:15