UNIDAD 1

Si preguntamos si la Biología es una ciencia, en principio, obtendríamos una respuesta

afirmativa de la mayoría de las fuentes. Pero… ¿Qué es una ciencia?

La palabra ciencia proviene de un verbo latino que significa “conocer”. La ciencia es una forma

de conocimiento. Se desarrolla a partir de nuestra curiosidad sobre nosotros mismos, sobre

otras formas de vida, sobre el mundo, el universo. Esforzarse por entender parece ser una de

nuestras necesidades fundamentales. En el corazón de la ciencia se encuentra la investigación,

una búsqueda de información y explicación, con frecuencia centrada en preguntas específicas.

No existe ninguna fórmula para que la investigación científica tenga éxito, ningún método

científico único con un reglamento o libro de instrucciones que los investigadores deban seguir

rígidamente. La biología mezcla dos procesos esenciales de la investigación científica: la ciencia

del descubrimiento y la ciencia basada en hipótesis. La ciencia del descubrimiento consiste, en

su mayor parte, en la descripción de la naturaleza. La ciencia basada en hipótesis intenta, en

general, la explicación de la naturaleza.

Ciencia del descubrimiento: Muchas veces llamada ciencia descriptiva, la ciencia del descubrimiento describe las estructuras y los procesos de la naturaleza con la mayor exactitud posible por medio de la observación cuidadosa y el análisis de los datos. Por ejemplo, la ciencia del descubrimiento construyó de forma gradual nuestra comprensión de la estructura celular, y es la ciencia del descubrimiento la que expande nuestras bases de datos de los genomas de diversas especies. Tipos de datos. La observación es el uso de los sentidos para recopilar información, tanto directa como indirectamente, con la ayuda de herramientas como los microscopios, que potencian nuestros sentidos. Las informaciones registradas se denominan datos. Para mucha gente, el término datos significa números. Pero algunos datos son cualitativos, con frecuencia en forma de descripciones registradas, más que medidas numéricas. Por ejemplo, Jane Goodall pasó décadas registrando sus observaciones sobre la conducta de los chimpancés durante una investigación de campo en la selva de Gambia. Inducción en la ciencia del descubrimiento. La ciencia del descubrimiento permite extraer conclusiones importantes basadas en un tipo de lógica denominada inducción o razonamiento inductivo. Mediante la inducción derivamos generalizaciones basadas en un gran número de observaciones específicas. “El sol siempre sale por el este” es un ejemplo. Y también lo es: “Todos los organismos están formados por células”. Esta generalización, que forma parte de la denominada teoría celular, se basa en que, durante dos siglos, los biólogos han descubierto células en múltiples especímenes biológicos que observaron con el microscopio. Ciencia basada en las hipótesis Las observaciones y las inducciones de la ciencia del descubrimiento estimulan a buscar las

causas y las explicaciones naturales de estas observaciones ¿Cuál es la causa de que las raíces

de una planta con semillas crezcan hacia abajo y las hojas que contienen los brotes crezcan

hacia arriba? ¿Cuál es la explicación de la generalización de que el sol siempre sale por el este?

En la ciencia, estos interrogantes siempre implican la propuesta y la verificación de

explicaciones hipotéticas, o hipótesis.

La observación de la naturaleza Vamos a comenzar con la base de la ciencia. El proceso deductivo de la ciencia, el método científico, se basa inicialmente en una observación. La observación de algo. De algo que ocurre en la naturaleza. Algo que no sabemos cómo ni por qué, pero podemos ver que ocurre. A estos procesos naturales existentes los podríamos denominar «hechos».

Por ejemplo, es un hecho que al soltar un objeto a cierta altura, éste cae hacia el suelo; a este proceso lo llamamos gravedad. También es un hecho que algunas bacterias en presencia de antibióticos terminan desarrollando resistencia a éstos; a este proceso lo llamamos evolución biológica. La hipótesis Tras la observación, y en primer lugar, buscaremos posibles explicaciones que encajen con dicha observación. A esas explicaciones posibles las denominamos hipótesis. Para que una hipótesis sea válida tiene que cumplir varios requisitos, a saber: tiene que poder demostrarse experimentalmente que es cierta en caso de que lo sea (verificable), pero también tiene que poderse demostrar que es falsa en caso de que así sea (falsable). Hay que tener varias cosas en cuenta en este aspecto. Una hipótesis que no hay forma de falsar no es una hipótesis válida, ya que, de no hallarse demostración de verificación, no existiría forma alguna de saber si es o no cierta. Igual con una hipótesis que no puede ser demostrada como verdadera. Que una hipótesis no sea válida no es sinónimo de que sea falsa. Una hipótesis que no es válida simplemente significa que no puede demostrarse. Por otro lado, una hipótesis válida puede que durante un largo tiempo no pueda demostrarse ni como cierta ni como falsa, porque, aun siendo tal demostración posible, no se alcance el conocimiento suficiente de cara a la misma con los medios tecnológicos y técnicos vigentes. Es importante tener en cuenta que sólo puede catalogarse como falsa una hipótesis que demuestra ser falsa, y sólo puede catalogarse como verdadera una que demuestra serlo. Que una hipótesis no se haya demostrado (aún) como verdadera no implica de forma directa que sea falsa. De hecho, afirmar que cierta hipótesis es falsa porque nunca nadie ha demostrado que sea verdadera (o viceversa) es una falacia. La ausencia de pruebas no es prueba de ausencia Una hipótesis que no es válida no tiene cabida en el método científico. Antes de pasar al paso de experimentación es necesario que se conozca una forma de verificar —en caso de que sea cierta— y una forma de falsar —en caso de que sea falsa— la hipótesis. Por ejemplo. La hipótesis de la existencia de un dios que se sale del entendimiento humano es una hipótesis no válida, ya que no es una hipótesis que sea demostrable mediante el proceso experimental. Esto es, no es verificable ni falsable. Posibles hipótesis válidas sobre la gravedad y la evolución serían:

• Para la observación de proceso que hemos llamado gravedad: o H1. Existe una fuerza que tira de todos los objetos hacia el centro de la Tierra. o H2. Existe una fuerza que hace que dos objetos con masa se sientan atraídos el

uno hacia el otro (el objeto y la Tierra, en este caso). o H3. Existe una fuerza que hace que los objetos de poca masa se sientan

atraídos hacia los objetos de masa mayor. o ... y otras...

• Para la observación del proceso que hemos denominado evolución biológica:

o H1. Variaciones en el ambiente (presencia de antibióticos) inducen en las bacterias un cambio que hace que éstas se vuelvan resistentes al mismo (hipótesis de herencia de caracteres adquiridos)

o H2. La variación ambiental selecciona favorablemente a algunos organismos (bacterias) que han cambiado de forma fortuita e independiente al cambio ambiental, y elimina a los que no han sufrido dicho cambio (hipótesis de la selección natural de variantes)

o ... y otras... El experimento Una vez que disponemos de una (o varias) hipótesis válidas, necesitaremos comprobar si tales hipótesis son ciertas o son falsas. Para ello usaremos la experimentación. Dentro de la experimentación, la metodología es tan variable como el conjunto total de observaciones realizadas. Por ejemplo, para comprobar las hipótesis relacionadas con la gravedad, podríamos analizar los movimientos de los planetas. Si observamos un asteroide pasar por cerca de Júpiter, por ejemplo, vemos que éste se desvía, como si una fuerza tratara de hacerle caer a su superficie. También las lunas de Júpiter orbitan alrededor de éste. Con esta observación tan simple, hemos demostrado que H1 es falsa (ya que no todos los cuerpos caen hacia la Tierra). La Tierra no es el centro de gravedad. Demostrar que H2 es verdadera implicaría más observaciones y experimentaciones, así como una buena cantidad de cálculos de precisión. Quién sabe. Tal vez sólo el cuerpo grande atrae al pequeño, y no en sentido contrario. Según esta H2, si soltamos el martillo a cierta altura, no solo el martillo siente la atracción de la Tierra, sino que la Tierra también siente la atracción del martillo. Y también nosotros estaríamos generando cierta atracción sobre el martillo y sobre la Tierra, y el martillo sobre nosotros. Sin embargo, según H3, el sistema es mucho más sencillo; el objeto más grande es la Tierra, así que ésta no siente la atracción del martillo. Es muy difícil de comprobar a esta escala porque tanto el martillo como nosotros tenemos muy poca masa en comparación con la masa de la Tierra y esa atracción, de existir, sería imperceptible. Pero podemos hacer observaciones con objetos más grandes. Si analizamos cuidadosamente los movimientos que la Tierra hace alrededor del Sol en su órbita, observamos unas leves fluctuaciones. Éstas son de muy baja magnitud, pero existen. Y también vemos que coinciden en dirección con la posición de la Luna en cada momento. Es decir, que claramente vemos que la Luna también ejerce su efecto de atracción sobre la Tierra, pese a ser muy inferior a ésta. Este efecto es mucho más evidente si observamos las mareas. Por supuesto, el proceso experimental no es tan fácil, pero a modo de resumen tremendamente simplificado nos vale. Sobre las hipótesis de la evolución biológica también podemos experimentar al respecto. De forma muy simplificada también, al cultivar una colonia de bacterias y hacerla crecer generando una enorme cantidad de organismos, y administrarles un antibiótico, observamos que la gran mayoría de dichas bacterias muere, y que tan solo unas pocas sobreviven y son resistentes. Si la hipótesis correcta fuera la H1, es decir, que el antibiótico fuera el que favoreciera la aparición de resistencias, lo que se esperaría es que la mayoría de las bacterias adquirieran la resistencia. Y sin embargo no es así. Es decir, que de forma particular la presencia de resistencia a antibióticos no genera la adquisición de resistencia y de forma general no hay herencia de los caracteres adquiridos. Esto se podría analizar de forma más

exacta con animales a los que pudiéramos obligar a tener caracteres adquiridos, y observar su descendencia. Por ejemplo, podríamos cortar la cola a unas cuantas ratas y observar su descendencia después. Los hijos no nacen sin cola, ni con la cola sustancialmente más corta, por muchas generaciones que pasen. Un factor importante de la demostración experimental es que los experimentos se puedan repetir. Un experimento que no es repetible no se puede volver a realizar, y por tanto, no sería viable que terceros realicen la misma experimentación y comprobar si ésta se ha realizado de forma adecuada. Es necesario en ciencia que los experimentos se puedan repetir, para que otros científicos puedan realizar los mismos experimentos y comprobar que los resultados son reales. Esa es la principal forma de verificación y avance en la ciencia. La teoría Nuestro uso cotidiano del término teoría muchas veces implica una especulación no puesta a prueba. Pero, en ciencia, el término teoría tiene un significado muy diferente ¿Que es una teoría científica y en qué se diferencia de una hipótesis o de una mera especulación? En primer lugar, una teoría científica tiene un ámbito mucho más amplio que una hipótesis. Esto es una hipótesis: "Parecerse por mimetismo a las serpientes venenosas es una adaptación que protege a las serpientes no venenosas de los predadores". Pero esta es una teoría: “Las adaptaciones evolutivas se producen por selección natural“. La teoría de Darwin de la selección natural se aplica a una diversidad enorme de adaptaciones, entre ellas, el mimetismo. En segundo lugar, una teoría es suficientemente general para abarcar muchas nuevas hipótesis específicas que pueden ponerse a prueba. Por ejemplo, Peter y Rosemary Grant de la Universidad de Princeton, estuvieron motivados por la teoría de la selección natural para evaluar la hipótesis específica de que los picos de los pinzones de las Galápagos evolucionaron como respuesta a los cambios en los tipos de alimentos disponibles. Y tercero, en comparación con cualquier hipótesis una teoría está generalmente basada en un conjunto de evidencias mucho más importante. Las teorías que son ampliamente aceptadas por la ciencia explican una gran diversidad de observaciones y son avaladas por una gran cantidad de evidencias. De hecho el cuestionamiento de las teorías generales continúa mediante la puesta a prueba de las hipótesis específicas, refutables, que las teorías engendran. Pese al conjunto de evidencias que sostienen a una teoría ampliamente aceptada, los

científicos a veces deben modificar o incluso rechazar las teorías cuando nuevos métodos de

investigación producen resultados que no son compatibles. Por ejemplo, la teoría de los cinco

reinos de diversidad biológica comenzó a desgastarse cuando nuevos métodos de

comparación de las células y las moléculas hicieron posible poner a prueba algunas de las

relaciones hipotéticas entre los organismos que se basaban en esta teoría. Si hay alguna

“verdad” en la ciencia, esta es siempre condicional, basada en el predominio de las evidencias

disponibles. De modo que, en ciencia, teoría no es sinónimo de hipótesis; una teoría es un

conjunto de hipótesis que han sido demostradas de forma experimental, es decir, son una

explicación demostrada de un hecho.

Siguiendo los ejemplos empleados hasta ahora, tendríamos por tanto la teoría de la gravedad, como explicación demostrada del hecho observado que es la gravedad, y por otro lado la teoría sintética de la evolución, como explicación demostrada del hecho observado que es la evolución.

Una característica de las teorías es que siempre pueden ser mejoradas, ampliadas. Siguen el principio de correspondencia. Nuevas experimentaciones pueden llevar a incorporar nuevas hipótesis a las teorías vigentes. La ciencia avanza y se amplía de forma constante. Un claro ejemplo de esto es la teoría de la relatividad enunciada por Albert Einstein, que incluye y complementa la teoría de la gravedad de Newton con este principio de correspondencia. ¿La ley? Una ley científica o principio no es lo mismo que una ley desde el punto de vista social o político. No es algo que deba cumplirse, sino algo que se cumple de forma ineludible. Un principio científico no es un nivel superior de certeza respecto a la teoría científica. De hecho, la teoría per se es el mayor nivel de certeza científica que puede alcanzarse. La ley es, en realidad, un resumen de un comportamiento medible de un aspecto concreto de una teoría. El aspecto de estas leyes puede variar de gran manera en función de la teoría a la que se esté refiriendo. Puede ser una mera ecuación matemática, o una regla de comportamiento cualitativo. En muchas ocasiones, la ley no es más que una de las muchas hipótesis que conforman la teoría. En los casos de los ejemplos, la teoría de la gravedad incluye leyes o principios como la ley de la gravitación universal o las leyes de Newton del movimiento, mientras que la teoría sintética evolutiva incluye los principios de Mendel o la ley de la replicación semiconservativa del ADN, entre otras. Concluyendo Es importante que antes de entrar a un debate o discusión, se conozcan adecuadamente los términos que están en discusión. Es incongruente utilizar como argumento para discutir la teoría de la evolución, que ésta «es sólo una teoría»

Resolver y discutir los siguientes ejercicios

1. ¿Cuál es la relación entre una hipótesis y un experimento?

2. ¿Cuál es la diferencia entre estas dos frases?

- Juan es pesado.

- Juan pesa 80 Kg.

- ¿Cuál de las dos es de mayor utilidad para un trabajo científico?

3. Para dar validez a sus experimentos, un científico quería probar la efectividad de

una vacuna. Se fue a una población que estaba compuesta por 50% de nativos y 50%

de no nativos. Se suponía que la vacuna podría prevenir cierta enfermedad a la cual

eran susceptibles. ¿Cuál de las siguientes pruebas debió hacer el científico para probar

el suero de una manera válida?

a) Vacunar a los nativos, pero no a los otros habitantes y observar los resultados.

b) Vacunar a los otros habitantes y no a los nativos y observar los resultados.

c) Aplicar la vacuna a los nativos y una solución de sal inocua a los otros habitantes y

observar los resultados.

d) Aplicar la vacuna a la mitad de los nativos y a la mitad de los otros habitantes y

darles a las respectivas mitades una solución de sal inocua.

e) Ud. no puede llevar a cabo un experimento controlado válido con seres humanos

porque estos son muy complejos.

4 Explique por qué la siguiente hipótesis es inaceptable para un científico: la vida se

originó en otro planeta en algún punto del universo y llegó a la Tierra hace millones de

años dentro de un meteoro.

5. De las siguientes observaciones obtenidas de un experimento sobre la nutrición

mineral en plantas, trate de llegar a una conclusión con respecto al factor o factores

necesarios para el desarrollo de clorofila en las plantas verdes.

• Observación # 1: Las plantas que crecieron en terreno que contenía cloruro, pero sin

magnesio y suficiente luz, se pusieron verdes.

• Observación # 2: Las plantas que crecieron en un terreno que contenía cloruro, pero

sin magnesio y que fueron expuestas a la luz, permanecieron descoloridas.

• Observación # 3: Las plantas crecidas en terreno que contenía cloruro y magnesio,

pero que se mantuvieron en la obscuridad, permanecieron descoloridas.

• Observación # 4: Las plantas desarrolladas en terreno que contenía magnesio pero

no contenía cloruro y fueron expuestas a la luz, se pusieron verdes.

• Observación # 5: Las plantas desarrolladas en terreno que contenía cloruro pero no

magnesio, y que se mantuvieron en la oscuridad, permanecieron descoloridas.

• Observación # 6: Las plantas que crecieron en terreno que no contenía ni magnesio

ni cloruro pero fueron expuestas a la luz, permanecieron descoloridas.

• Observación # 7: Las plantas que crecieron en terreno que contenía magnesio pero

no contenía cloruro y se mantuvieron en la oscuridad, permanecieron descoloridas.

• Observación # 8: Las plantas que crecieron en terreno que no contenía ni cloruro ni

magnesio y que permanecieron en la oscuridad, permanecieron descoloridas.

Conclusión: El (los) factor(es) que inciden en el desarrollo de la clorofila, como puede

juzgarse de los experimentos anteriores es (son)...

6. Completá el párrafo usando cada uno de los siguientes términos una sola vez:

resultados experimentales - experimentos – hipótesis –principios - revistas científicas –

teoría - válida - verificar Cuando los científicos dan a conocer

__________________________ en __________ ____________, otros investigadores

pueden tratar de _____________ los resultados, repitiendo los

________________________. En general, cuando los datos obtenidos por varios

científicos apoyan una ___________________________, se considera que es

______________. Si con el tiempo, los resultados de muchas observaciones y

experimentos apoyan una hipótesis, ésta se convierte en una ________________.

Algunos hechos ya comprobados en la naturaleza, como la gravedad, se conocen como

________________

7. Leé atentamente el siguiente texto y luego completa las consignas.

En agosto de 1995, un grupo de estudiantes de la escuela media de Minnesota (EEUU),

que recorrían una zona de humedales en una salida de campo, descubrieron una

cantidad de ranas jóvenes, la mayoría de ellas con patas deformadas, faltantes o en

exceso. Este hallazgo fue una noticia nacional y llamó la atención del público sobre

alteraciones en las poblaciones de anfibios, un tema que ya estaba siendo estudiado

por muchos científicos.

a. Planteá una pregunta que te interesaría investigar en relación a las malformaciones

presentes en las ranas. Esta pregunta ¿qué parte del método científico representa?

b. ¿Qué explicación podrías dar para estas malformaciones que presentan las ranas de

esa zona? Recuerda que esta explicación es la respuesta a la pregunta planteada, ¿qué

parte del método científico representa?

UNIDAD 2

¿Qué es lo que queremos decir cuando hablamos de "la evolución de la vida” o "la vida en otros planetas" o "cuándo comenzó la vida"? En realidad, no hay una definición simple acerca de qué es la vida. La vida no existe en abstracto. No hay vida, sino seres vivos. Más aún, no hay una manera sencilla y única de trazar una línea demarcatoria entre lo vivo y lo no vivo. Toda persona, aunque se encuentre desprovista de una cultura científica, es capaz de reconocer cierto rasgo común que permite reunir bajo la noción de "ser vivo" a un hombre, un insecto y

una planta, entre otros, y diferenciarlos de lo no vivo. Pero, ¿cuál es ese rasgo común que pertenece sólo al mundo viviente? Aunque reconocible, ese rasgo, es, en principio, difícil de definir. A medida que avancemos, veremos que los seres vivos comparten múltiples características. ¿Qué es la vida? Es una pregunta que filósofos, físicos, biólogos han tratado de responder

durante siglos. Sin embargo, no hay una única respuesta, y ninguna de las existentes pareciera

ser lo suficientemente amplia como para contemplar la diversidad de este concepto. No hay

una respuesta simple a la cuestión de "¿qué es la vida?" que no incluya algún límite arbitrario.

Sin ese límite, o nada está vivo, o todo lo está. Para los biólogos, la dificultad en la definición

radica en la enorme diversidad de la vida y en su complejidad.

Propiedades comunes a todos los seres vivos

Pese a su diversidad, los organismos que pueblan este planeta comparten una serie de

características que los distinguen de los objetos inanimados. Estas características son:

Niveles de Organización. Los seres vivos muestran un alto grado de organización y

complejidad. La vida se estructura en niveles jerárquicos de organización, donde cada uno se

basa en el nivel previo y constituye el fundamento del siguiente nivel. Cada nivel, desde el

atómico hasta el de la biosfera, tiene propiedades particulares o emergentes que surgen de la

interacción entre sus componentes.

Homeostasis. Para mantenerse vivos y funcionar correctamente, los organismos vivos deben

mantener un equilibrio interno relativamente constante y bien diferenciado del medio

externo. Por ejemplo, controlan activamente su temperatura corporal, su presión osmótica y la

concentración de electrolitos.

Metabolismo. Los organismos necesitan materiales y energía para mantener su elevado grado

de complejidad y organización, para crecer y reproducirse. El metabolismo comprende todas

las reacciones químicas del organismo y transformaciones de energía esenciales para la

nutrición, el crecimiento y la reparación celular. El metabolismo se divide en dos procesos:

catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; por ejemplo, la

degradación de moléculas provenientes del alimento que permite liberar la energía contenida

en los enlaces de las moléculas que ingerimos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan

esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las

células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son

procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del

otro.

Crecimiento y Desarrollo. Los organismos aumentan de tamaño al adquirir y procesar los

nutrientes. El crecimiento es el aumento de masa resultante del mayor tamaño de las células,

aumento del número de células o ambos fenómenos. El desarrollo incluye todos los cambios

que ocurren durante la vida de un organismo.

Irritabilidad. Los organismos vivos son capaces de detectar y responder a los estímulos, que

son los cambios físicos o químicos del medio ambiente interno o externo. En organismos

unicelulares, todo el individuo responde al estímulo, en tanto que en los organismos complejos

multicelulares existen células que se encargan de detectar determinados estímulos.

Movimiento. La mayoría de los organismos se mueven. Ellos son capaces de cambiar de lugar o

cambiar la posición de sus cuerpos o alguna de sus partes para buscar alimento, protegerse,

defenderse y buscar bienestar. Los animales se mueven de diferentes maneras: caminan,

corren, nadan, se arrastran, vuelan. Más aún, otros como el coral, las esponjas, entre otros,

aunque no se trasladan a otros lugares, sí tienen movimiento. Algo similar ocurre en las

plantas, algunas giran sus hojas y sus flores hacia la luz o para atrapar insectos con los que se

alimentan.

Reproducción. Es la habilidad de los organismos de producir copias similares de sí mismos,

tanto asexualmente a partir de un único progenitor, como sexualmente a partir de dos

progenitores.

Adaptación. Capacidad de los organismos para sobrevivir en un ambiente determinado. Cada

organismo con éxito biológico es un complejo de adaptaciones coordinadas, que resulta de

procesos evolutivos.

Los virus, un caso especial

Los virus cumplen con algunas de las características de los seres vivos (materia organizada y

compleja, reproducción y evolución), pero no poseen metabolismo ni se reproducen de forma

autónoma. Hay cierto consenso en no considerarlos organismos vivos, aunque aún hay quien

discrepa sobre la cuestión. Si se considera que las características básicas de un ser vivo son

reproducirse y evolucionar, también los virus podrían considerarse seres vivos, pero si se

añade la posesión de un metabolismo y la capacidad de desarrollo, entonces no.

Resolver y discutir los siguientes ejercicios

1. a. ¿Con qué características de los seres vivos se relacionan las siguientes afirmaciones?

i) El motor de un auto necesita combustible y oxígeno para moverse y, a su vez, produce gases

residuales.

ii) La mayoría de los volcanes y las montañas aumentan su tamaño.

iii) Los virus informáticos se replican.

b. ¿Por qué el motor de un auto, los volcanes, las montañas y los virus informáticos no son

considerados organismos vivos?

2. ¿Por qué se considera que los virus se encuentran en el umbral de lo vivo y lo no vivo?

3. ¿Qué virus conoces? Nombra algunos ejemplos.

Unidad 3: ORGANIZACIÓN CELULAR

En este preciso instante, mientras estás leyendo ésto, señales eléctricas están circulando por

tu cerebro. Además, tu corazón bombea 4,5 litros de sangre por minuto (es decir 6.480 litros al

día), los músculos de tus ojos se mueven unas 100.000 veces diariamente. De hecho, tu cuerpo

es como una central eléctrica, una fábrica química, una red de comunicaciones y transporte,

instalaciones de detoxificación, un hospital y hasta un campo de batalla. Los trabajadores de

cada una de estas industrias son tus células. Tu cuerpo contiene millones y millones de células,

organizados en diferentes tipos de tejidos. Ahora mismo, cada una de estas células están

haciendo miles de trabajos, algunas de estas tareas son esenciales para la vida y son llevadas a

cabo por todas las células (por ejemplo, la respiración celular, la síntesis de proteínas, lípidos y

ácidos nucleicos, etc). Otras son realizadas por células que están altamente especializadas para

un determinado trabajo; por ejemplo las células hepáticas, que limpian tu cuerpo de

compuestos tóxicos, las células del cerebro que te permiten aprender y recordar, o las células

sanguíneas que transportan oxígeno y defienden tu cuerpo del ataque de agentes extraños. Si

consideramos todo lo anterior podemos decir que la célula es la unidad estructural y funcional

de todo ser vivo, lo cual se encuentra reflejado en los postulados de la Teoría Celular. Llegar a

estas conclusiones no fue trabajo fácil, se requirió de poco más de doscientos años y el

esfuerzo de muchos investigadores para lograrlo.

Los seres vivos estamos formados por sencillos elementos y compuestos químicos. Su

conocimiento siempre despertó la curiosidad de los científicos. Puede que haya existido la

tentación de pensar que conociendo los materiales que forman los seres vivos, se pudiera

reducir la vida a algo puramente químico. No parece que sea tan sencillo; somos, por suerte,

algo más que una suma de fórmulas y reacciones químicas. Lo que sí es innegable es que el

estudio de la química de la vida ha contribuido mucho a mejorar, entre otras cosas, el

conocimiento del funcionamiento de los seres vivos. En este sentido, estos conocimientos de

bioquímica se consideran de gran interés para una serie de profesiones pertenecientes a los

campos de la agricultura, medicina, industrias alimenticias, medio ambiente, etc.

La Teoría Celular establece que la célula es la unidad estructural y funcional de todo ser vivo. Tal es así, que se puede considerar el elemento de menor tamaño con vida. Los seres vivos pueden clasificarse según el número de células que los componen en: unicelulares (compuestos por una sola célula) y multicelulares (compuestos por más de una célula). Dicha teoría, propuesta por Schleiden y Schwann en 1839 y completada por Virchow en 1855, tiene 4 postulados básicos:

1- Todos los organismos están compuestos por células (unidad estructural)

2- En las células tienen lugar las reacciones metabólicas del organismo (unidad funcional)

3- Las células provienen sólo de otras células preexistentes (unidad de origen)

4- Les células contienen el material hereditario

Existen dos tipos de células: procariotas y eucariotas Las células de diferentes organismos (plantas, animales, hongos, protistas o bacterias) y de diferentes órganos y tejidos dentro de los organismos multicelulares, presentan gran variedad de tamaños, formas, colores y estructuras internas; pero todas tienen en común ciertas

características. Existen fundamentalmente dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Las bacterias son organismos compuestos por solo una única célula de tipo procariota. Por otro lado, las plantas, animales, hongos y protistas están formados por una (muchos protistas y algunos hongos) o muchas (plantas, animales, hongos) células eucariotas, que pueden presentar gran diversidad estructural y funcional. En las células procariotas el material genético es una molécula circular de ácido desoxirribonucleico (ADN), con proteínas débilmente asociadas, que se ubica en una región definida (nucleoide) y carece de una membrana que lo rodee. En las células eucariotas, por el contrario, el ADN es lineal y está fuertemente unido a proteínas. Lo rodea una membrana doble y una estructura proteica en forma de red que forma la envoltura nuclear, que lo separa del resto de la célula en un núcleo bien definido. Las células procariotas están rodeadas de una pared que les otorga forma y resistencia a algunas condiciones del medio ambiente. Solamente algunas células eucariotas poseen paredes celulares, y la composición de las mismas es diferente a la de las células procariotas. Las células procariotas frecuentemente tienen flagelos que les permiten movimiento en medios líquidos. Algunas células eucariotas también tienen flagelos pero, nuevamente, la estructura de los mismos es muy distinta en los dos tipos de células. El citoplasma celular es el material comprendido por dentro de la membrana plasmática (que delimita a la célula y la separa del entorno) y por fuera del núcleo. Su parte soluble se denomina citosol. En las células procariotas - que no contienen núcleo - el citoplasma comprende todo el material dentro de la membrana plasmática. Contiene una enorme variedad de moléculas y complejos moleculares especializados en distintas funciones celulares. En las células eucariotas, muchas de estas funciones se llevan a cabo en diversos compartimentos rodeados por membranas, más conocidos como organelas. La complejidad de la célula eucariota posibilitó la evolución de organismos multicelulares. El metabolismo eucariota es muy eficiente porque la presencia de membranas permite repartir las funciones en compartimentos específicos. Los organismos eucariotas son de mayor tamaño y llevan muchísima más información genética que los procariotas. El tamaño, la forma y la organización de la célula La mayoría de las células del cuerpo de una planta o de un animal miden entre 10 y 30 micrómetros (µm = 1*10-6m) de diámetro. El tamaño de las células bacterianas oscila de 1 a 5 µm. Las células tienden a ser esféricas en suspensión, aunque a menudo tienen otras formas, muchas veces relacionadas a la presencia de las paredes celulares como en plantas, hongos y muchos organismos unicelulares. La forma de la célula también se debe a la adhesión y la presión de otras células o superficies vecinas. En la mayoría de los organismos, además, la forma depende de la disposición de ciertas estructuras celulares internas, como el citoesqueleto, y por lo general está relacionada con las funciones particulares de cada tipo de célula. Las técnicas microscópicas modernas han confirmado que las células eucariotas contienen múltiples estructuras en su interior. Es decir, existe una separación espacial de ciertas funciones celulares. En las células procariotas, por el contrario, todos los procesos ocurren en un único compartimiento limitado por la membrana celular. Es importante también recordar que, aunque sólo examinemos una estructura o proceso por vez, la mayoría de las actividades que ocurren en una célula se dan simultáneamente y ejercen influencia unas sobre otras. “Una célula no es una combinación fortuita de componentes, sino una entidad dinámica e integrada, es decir, un sistema” (Curtis, Helena - Biología). Los límites de la célula Cada célula es una unidad autónoma, relativamente independiente, rodeada por una membrana que regula el paso de sustancias hacia el interior y hacia el exterior.

La membrana celular o plasmática es esencial en la vida de la célula. Es una estructura dinámica y fluida formada por fosfolípidos y proteínas. No sólo define los límites de la célula, sino que además permite que ésta exista como una entidad diferente de su entorno, regulando la entrada y la salida de cientos de sustancias. En las células eucariotas, la presencia de compartimentos subcelulares con membranas propias posibilita que cada estructura posea características particulares y distintas a las del citosol. La presencia de proteínas en la membrana plasmática permite la adhesión de las células entre sí y la consecuente formación de tejidos. En animales, por fuera de la membrana plasmática de las células se encuentra la matriz extracelular, una estructura formada por un conjunto de proteínas y carbohidratos - asociados en distintas combinaciones - que cumplen funciones estructurales y participan en la adhesión celular, proceso de vital importancia en el desarrollo de tejidos y órganos. Una distinción fundamental entre las células animales respecto de las células vegetales y fúngicas, es que estas últimas están rodeadas por una pared celular. Esta pared realiza en las plantas muchas de las funciones que cumple la matriz extracelular en las células animales, si bien su estructura y composición difieren enormemente de la de la matriz. Aunque la pared es una estructura rígida, no es estática ya que interviene en funciones relacionadas con la diferenciación de las células vegetales durante el crecimiento. De un modo similar a la matriz extracelular, la pared celular de los vegetales conecta a las células entre sí formando tejidos, y transmite señales que influyen en el crecimiento y división celular. La pared celular vegetal se compone principalmente de moléculas de un polímero llamado

celulosa, las cuales están organizadas en forma de microfibrillas embebidas en una matriz de

polímeros viscosos. La pared celular es un filtro un poco más impermeable que la matriz

extracelular de las células animales; sin embargo, su estructura porosa deja pasar materiales

solubles que toman contacto con la membrana plasmática. Muchas algas también contienen

celulosa en sus paredes, mientras que en las paredes de hongos y procariotas esta sustancia

está ausente.

Estudio de las células. Utilización de microscopios. Puede ser difícil entender cómo una célula, demasiado pequeña para ser observada a simple vista, puede ser tan compleja. ¿Cómo pueden investigar los biólogos celulares el funcionamiento interno de estas diminutas entidades? A menudo, el progreso en un campo científico transcurre en forma paralela al desarrollo de instrumentos que amplifican los sentidos del hombre. El descubrimiento y estudio de las células fue posible gracias a la invención del microscopio en 1590 y su mejoramiento durante el siglo XVII. Los distintos tipos de microscopios todavía resultan indispensables para el estudio de las células. También son importantes los métodos bioquímicos, que al permitir la separación de los distintos componentes celulares, contribuyen a estudiar su funcionamiento. Así, la relación entre estructura y función es la base de los estudios celulares. Los primeros microscopios utilizados por los científicos del Renacimiento, así como los microscopios que se utilizan generalmente en el laboratorio, eran microscopios ópticos. En ellos, la luz visible atraviesa el preparado y luego las lentes de vidrio. La lente refracta (desvía) la luz de manera que la imagen se magnifica cuando se proyecta hacia el ojo, sobre una película fotográfica, o hacia una pantalla de video. Los microscopios pueden diseñarse para magnificar los objetos tantas veces como se desee, pero el microscopio óptico no puede resolver detalles menores de 0,2 µm o 200 nm, el tamaño de una bacteria pequeña. Los microscopios ópticos pueden aumentar hasta alrededor de 1000 veces el tamaño real de un cuerpo o partícula; con aumentos mayores, la imagen se vuelve cada vez más borrosa. Aunque las células fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665, la estructura de la célula no

se llegó a conocer hasta la década de 1950, momento en el cual el rápido avance de la

tecnología permitió la introducción del microscopio electrónico. La mayor parte de las

estructuras sub-celulares son demasiado pequeñas para ser resueltas por el microscopio

óptico. En lugar de utilizar luz visible, el microscopio electrónico enfoca un haz de electrones

en la superficie del espécimen o a través de éste. Los microscopios electrónicos modernos

pueden alcanzar, para el caso de las estructuras biológicas, un límite de resolución de tan solo

2 nm, lo que representa una mejoría de cien veces con respecto al microscopio óptico.

Cuestionario 1- ¿Cuáles son los postulados de la Teoría Celular? ¿Cómo se llegó a la construcción de los mismos? Investigue.

2- ¿Qué diferencia a una célula eucariota de una procariota? Elabore una tabla comparativa.

3- Diferencie los siguientes términos en cuanto a su función y a su presencia en organismos de los distintos reinos: membrana plasmática/pared celular y núcleo/nucleoide.

4-¿Qué características hacen que las plantas - a nivel celular - tengan más en común con los animales que con las bacterias? 5-¿Conoce células que se puedan observar sin necesidad de un instrumento óptico?

UNIDAD 4 Organelas ¿Cómo se llevan a cabo a nivel celular los procesos vitales de los organismos? La evolución de los eucariotas implicó muchas diferencias con sus predecesores procariotas. En las células procariotas, todos los procesos esenciales para la vida ocurren en un único compartimiento limitado por la membrana celular o plasmática. Por el contrario, técnicas microscópicas modernas han confirmado que las células eucariotas contienen una multitud de estructuras membranosas especializadas en forma y función que desempeñan las actividades requeridas para el funcionamiento celular y del organismo (organelas). Es decir que, en las células eucariotas, existe una separación espacial de las funciones: el ADN se mantiene principalmente en un compartimiento separado, el núcleo, y también en algunas organelas que se encuentran en el citoplasma, como las mitocondrias, presentes en todas las células eucariotas, o los cloroplastos, en células fotosintéticas. Es importante comprender que una célula no es una combinación fortuita de componentes, sino una entidad dinámica e integrada. Así como los órganos de los animales multicelulares trabajan juntos en sistemas de órganos, las organelas de las células eucariotas están comprometidas en varias funciones cooperativas e interdependientes. Las células, como los organismos, existen como entidades diferentes de su entorno. Membrana plasmática Todas las células, procariotas y eucariotas, son básicamente muy semejantes. Todas tienen ADN como material genético, se llevan a cabo reacciones químicas en su interior y están rodeadas por una membrana celular externa. La membrana celular -o plasmática- es esencial en la vida celular. No solamente define los límites de la célula, sino que además permite que la célula exista como una entidad diferente de su entorno. Esta membrana regula el tránsito de sustancias hacia fuera y hacia adentro de la célula. En las células eucariotas, además, otras membranas definen los compartimientos y organelas, lo que permite mantener las diferencias entre el contenido de las mismas y el citosol. Las membranas celulares de eucariotas y procariotas, así como las de las organelas de células eucariotas, tienen la misma estructura básica de doble capa lipídica. Sin embargo, hay diferencias en los tipos de lípidos y, particularmente, en el número y tipo de proteínas y carbohidratos que poseen. Estas diferencias confieren a las membranas de diferentes tipos de células y de diferentes organelas propiedades únicas que pueden correlacionarse con diferencias en la función. La mayoría de las membranas biológicas tiene aproximadamente 40% de lípidos (principalmente fosfolípidos y colesterol) y 60% de proteínas, aunque existe una variación considerable. Las proteínas, extremadamente diversas en su estructura, desempeñan una variedad de actividades y son las responsables de la mayoría de las funciones esenciales que cumplen las membranas biológicas. Algunas proteínas son enzimas y regulan reacciones químicas particulares; otras son receptores, implicados en el reconocimiento y unión de moléculas señal, tales como las hormonas; y aun otras son proteínas de transporte, que desempeñan papeles críticos en el movimiento de sustancias a través de la membrana. La pared celular Una distinción fundamental entre las células animales y vegetales es que las células vegetales están rodeadas por una pared celular. La pared se encuentra por fuera de la membrana y es construída por la célula. Tiene funciones de sostén y estructurales principalmente. Los plasmodesmos, que son canales que atraviesan las paredes celulares, permiten una conexión citoplasmática entre células contiguas. Las paredes celulares de las plantas contienen celulosa y también se pueden encontrar en muchas algas (organismos eucariotas). Los hongos (organismos eucariotas) y los procariotas también tienen paredes celulares, pero no contienen celulosa. Las paredes celulares procarióticas contienen polímeros complejos conocidos como peptidoglicanos, y las de hongos quitina y otros polisacáridos y proteínas.

Las células dirigen su crecimiento y desarrollo El núcleo Todas las células necesitan controlar sus actividades y especificar su propia estructura. La información para hacerlo se almacena en la macromolécula ácido desoxirribonucleico o ADN. En las células eucariotas, el ADN es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales llamadas histonas. Cada molécula de ADN con sus histonas constituye un cromosoma. Los cromosomas se encuentran en el núcleo. El núcleo es un cuerpo grande, frecuentemente esférico y, por lo común, es la estructura más

voluminosa dentro de las células eucariotas. Está rodeado por la envoltura nuclear, constituida

por dos membranas concéntricas, cada una de las cuales es una bicapa lipídica. Estas dos

membranas están separadas por un intersticio pero, a intervalos frecuentes, las membranas se

fusionan creando pequeños poros nucleares, por donde circulan los materiales entre el núcleo

y el citoplasma. Dentro del núcleo se destaca el nucléolo que es el sitio en el que se construyen

los componentes de la maquinaria para generar las proteínas, los ribosomas.

Los ribosomas Son las estructuras más numerosas (tanto en células procariotas como en eucariotas). No

están rodeadas por membranas, por lo cual no constituyen verdaderas organelas. En ellos se

produce la síntesis de proteínas a partir de la unión de los diferentes aminoácidos. Este

proceso está dirigido por las moléculas de ácido ribonucleico (ARN), el cual se produce a partir

de la información genética contenida en el ADN del núcleo. Cuanta más proteína esté

fabricando una célula, más ribosomas tendrá. Algunos ribosomas se encuentran libres en el

citoplasma e intervienen en la síntesis de proteínas que permanecerán en el citosol; otros se

adhieren a la superficie externa de otra organela muy importante, el retículo endoplasmático,

y participan en la síntesis de proteínas que serán enviadas a la superficie de la célula, al

exterior o a otros compartimientos del sistema de endomembranas. Tanto en las células

procarióticas como en las eucariotas, los ribosomas tienen una estructura similar, constituidos

por dos subunidades, cada una de las cuales está formada por un complejo de ARN

ribosomales y proteínas.

El retículo endoplásmico (RE) El citoplasma de las células eucariotas está subdividido por una red de membranas conocidas como retículo endoplásmico (RE), que sirven como superficie de trabajo para muchas de las actividades celulares. La membrana externa de la envoltura nuclear se continúa con el retículo endoplásmico que está formado por una red de sacos aplanados, tubos y canales conectados entre sí, que caracteriza a las células eucariotas. La cantidad de RE de una célula no es fija, sino que aumenta o disminuye de acuerdo con la actividad celular. En las células eucariotas muchos ribosomas están unidos a la superficie de una parte del RE, produciendo el RE rugoso, que es especialmente abundante en aquellas células que producen proteínas de exportación. Solamente algunas proteínas, cuyo destino final es el exterior celular, la membrana plasmática o el sistema de endomembranas, serán sintetizadas en ribosomas asociados al RE. Cuando una proteína está siendo sintetizada en ribosomas asociados al RE, esto permite que la misma pueda ingresar a la cavidad interior del RE. La molécula de proteína recién sintetizada se mueve luego dentro del RE rugoso y podrá ser transportada compactada en una vesícula al complejo de Golgi, y desde allí a su destino final. En asociación con las membranas del RE liso, denominado así porque carece de ribosomas en

su superficie, se producen la síntesis de lípidos y la degradación del glucógeno, un

carbohidrato de almacenamiento. El RE liso se encuentra muy desarrollado en células

especializadas en la síntesis o metabolismo de lípidos, como las células glandulares que

producen hormonas esteroides y también se encuentra muy desarrollado en las células

hepáticas, donde está relacionado con varios procesos de detoxificación (una de las muchas

funciones del hígado).

El aparato de Golgi Es un centro de procesamiento y clasificación de materiales que se mueven a través de la célula y salen de ella. Su principal función es la de modificación y distribución de proteínas y lípidos. El complejo de Golgi recibe vesículas del RE, modifica sus membranas y sus contenidos e incorpora los productos terminados en vesículas de transporte que los llevan a otras partes del sistema de endomembranas, a la superficie celular o al exterior de la célula. En las células de las plantas, sintetiza y reúne algunos de los componentes de las paredes celulares. Los ribosomas, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi y sus vesículas cooperan en la

síntesis, procesamiento químico, empaquetamiento y distribución de macromoléculas y nuevo

material de membrana.

Los lisosomas Son un tipo de vesícula relativamente grande, formada en el complejo de Golgi, contienen, y aíslan del resto de la célula enzimas hidrolíticas, que están implicadas en las actividades digestivas intracelulares de algunas células. Las enzimas lisosomales son capaces de hidrolizar a todos los tipos principales de macromoléculas que se encuentran en una célula viva, pero no destruyen la membrana de los lisosomas que las contienen y de esta manera restringen su actividad al interior lisosomal. Estas enzimas están implicadas en la degradación de proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y lípidos. Para su mejor funcionamiento, las enzimas hidrolíticas requieren de un medio ácido como es el del interior del lisosoma. Los peroxisomas Son otro tipo de vesículas relativamente grandes presentes en la mayoría de las células

eucariotas; contienen enzimas oxidativas y son particularmente abundantes en las células

hepáticas (del hígado), donde participan en la eliminación de algunas sustancias tóxicas,

evitando cualquier daño a las células y al organismo por parte de éstas.

Las vacuolas Son grandes vesículas llenas de fluido, que pueden ocupar de un 30 a un 90% del volumen

celular. Se encuentran en casi todas las células vegetales, son frecuentes en protistas y se

observan en algunas células animales. Las vacuolas incrementan el tamaño celular, así como la

superficie expuesta al ambiente, con una mínima inversión de materiales estructurales por

parte de la célula. Son las encargadas de mantener la turgencia celular vegetal; por otra parte,

pueden almacenar temporariamente nutrientes o productos de desecho, y funcionar como un

compartimiento de degradación de sustancias. En una misma célula pueden coexistir distintas

vacuolas con diferentes funciones.

Las mitocondrias

Son organelas eucariotas limitadas por membrana y pueden adoptar diferentes formas; están siempre rodeadas por dos membranas, la más interna de las cuales presenta pliegues. Estos pliegues, conocidos como crestas, son superficies de trabajo para las reacciones mitocondriales en las cuales las moléculas que almacenan energía química son degradadas y la energía liberada es conservada en unidades más pequeñas, moléculas de adenosina-trifosfato (ATP), que serán utilizadas luego en otros procesos celulares. En general, cuanto mayor son los requerimientos energéticos de una célula eucariótica en particular, más mitocondrias contiene. Las mitocondrias presentan vestigios de una existencia como organismos independientes. Se multiplican por fisión binaria como las bacterias, tienen un genoma propio contenido en un

pequeño cromosoma que codifica para algunas de sus proteínas y tienen además ribosomas propios similares a los procarióticos.

Los plástidos Son organelas eucariotas limitadas por membrana y se encuentran sólo en los organismos fotosintéticos (plantas y algas). Están rodeados por dos membranas concéntricas, al igual que las mitocondrias, y tienen además un sistema de membranas internas que pueden estar intrincadamente plegadas. Al igual que las mitocondrias, los plástidos contienen múltiples copias de un pequeño genoma, así como ribosomas propios. Los plástidos maduros son de tres tipos: leucoplastos, cromoplastos y cloroplastos.

Los leucoplastos almacenan almidón, proteínas o aceites.

Los cromoplastos contienen los pigmentos que dan color a las flores y los frutos.

Los cloroplastos (chloro significa "verde") son plástidos grandes que contienen clorofila y en los cuales se produce energía química a partir de energía lumínica, como parte del proceso de fotosíntesis. Al igual que otros plástidos, están rodeados por dos membranas. Existe una tercera membrana interna -la membrana tilacoide- que forma una serie complicada de compartimientos y superficies de trabajo. Las moléculas de clorofila y las otras sustancias involucradas en la captura de energía luminosa proveniente del Sol están situadas en las membranas tilacoides dentro de los cloroplastos.

El citoesqueleto El citoesqueleto es una estructura eucariota que mantiene la organización de la célula, le permite moverse, posiciona sus organelas y dirige el tránsito intracelular. Es un denso entramado de fibras proteicas que se extiende a través del citoplasma. Está formado por tres tipos de filamentos: microtúbulos, filamentos intermedios y filamentos de actina. Los microtúbulos son tubos huecos, formados por dímeros de las proteínas tubulina alfa y beta. Son componentes de los cilios y los flagelos en eucariotas, participan en el transporte de organelas y en el movimiento de los cromosomas durante la división celular. Los filamentos intermedios están compuestos por proteínas fibrosas resistentes y duraderas. Abundan en las células sometidas a fuerzas mecánicas (epiteliales, nerviosas y musculares) y forman la lámina nuclear, un armazón que sostiene la membrana del núcleo. Los filamentos de actina están constituidos por actina, una proteína globular. Producen movimientos celulares mediante la formación de seudópodos, estrangulan el citoplasma durante la división celular y forman parte de las estructuras contráctiles de las células musculares. Cuestionario 1- Se suele usar una fábrica industrial como analogía del funcionamiento de una célula. ¿A qué partes de la célula corresponderían las siguientes partes de la fábrica? a) Dirección

b) Generadores de energía

c) Departamento de transporte

d) Departamento de empaque

e) Cadena de montaje

f) Muros externos y vías de acceso 2- ¿Cuáles son las únicas estructuras que no están rodeadas por membrana? a) Los cloroplastos b) Los ribosomas c) Los peroxisomas

d) Las mitocondrias 3- ¿Dónde se porducen los ácidos nucleicos que componen los ribosomas en una célula eucariota? a) En el nucléolo b) En el retículo endoplasmático rugoso c) En otros ribosomas d) En el aparato de Golgi 4- ¿En qué organela se degradan moléculas orgánicas y se libera la energía química contenida en sus enlaces mediante un proceso que consume oxígeno? a) En los ribosomas b) En los cloroplastos c) En el núcleo d) En las mitocondrias 5- ¿Qué sustancias almacenan los leucoplastos? a) Almidón b) Proteínas y aceites c) Xantófilas y carotenos d) a y b son correctas

UNIDAD 5

Se llaman biomoléculas a todas las moléculas que intervienen en la estructura y funcionamiento del organismo vivo, lo mismo sean grandes moléculas poliméricas (macromoléculas) como los polisacáridos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos o sus monómeros: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos, así como sus intermediarios metabólicos. Esto significa centenares de moléculas distintas: pero, desde un punto de vista práctico las biomoléculas, se agrupan en siete categorías que al mismo tiempo son los componentes importantes de la dieta: carbohidratos, proteínas, lípidos, agua, iones (minerales: que entran a formar parte de la dieta y de la materia viva ingresan a los organismos como sales y en cuanto éstas se disuelven en los líquidos del organismo, los minerales se ionizan y pueden ser considerados como iones.), vitaminas y ácidos nucleicos. La composición química del organismo humano no difiere en forma significativa de la que se hallaría en el resto de los mamíferos y en nuestro caso, el componente más abundante es el agua (70%), seguida por las proteínas (15%), los lípidos (11%), los minerales (3%) y los carbohidratos (1%). es decir que los organismos superiores están formados por casi dos terceras partes de su peso en agua, cerca de una tercera parte de materia orgánica y tan sólo una pequeña parte de minerales. La mayoría de las macromoléculas se encuentran formadas por el encadenamiento de los monómeros, unidos entre sí mediante enlaces característicos, es decir: los polisacáridos se forman por la unión de las moléculas de monosacárido –por ejemplo, la glucosa– unidas entre sí por medio de los enlaces glucosídico. A su vez, las proteínas (polímero) se forman por un arreglo lineal de aminoácidos (monómeros), unidos entre sí por enlace peptídico y los ácidos nucleicos están constituidos por cadenas lineales de nucleótidos enlazados mediante uniones fosfodiéster. La síntesis de proteínas y los ácidos nucleicos requiere de una información detallada en cuanto a la secuencia de los monómeros que las forman y es por ello que se las distingue con el nombre de "moléculas informativas" y en el caso de los ácidos nucleicos, la lectura de la secuencia de los nucleótidos es la base fundamental para la decodificación de la información genética en los seres vivos. Los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos, están formados por enlaces hidrolizables, es decir, que se pueden romper por la entrada de la molécula de agua liberando así los monómeros que las forman. Es así que de las moléculas de glucógeno (polisacárido de glucosa) se obtiene como producto de hidrólisis a la glucosa; las proteínas se hidrolizan hasta liberar los diferentes aminoácidos que las forman y de los ácidos nucleicos se obtienen los cuatro tipos de nucleótidos que los constituyen y que para el DNA son los nucleótidos de adenina, guanina, timina y citosina. Los puntos mencionados más arriba en relación a transporte, liberación de energía, biosíntesis e información, se relacionan con: 1. Intercambio de materia. En todos los seres vivos existe un equilibrio entre la cantidad de materia que ingresa y la que sale del organismo. 2. Intercambio de energía. Para el caso del organismo humano, en un adulto sano normal existe un balance de la energía cuya resultante es la diferencia entre la energía de cualquier forma que ingresa al organismo y la que sale diariamente. 3. Balance de la información. En los organismos la información tomada del ambiente es

procesada en el organismo y vertida de nuevo hacia el ambiente manteniéndose así el balance

de la información.

Proteínas

Las proteínas son sustancias complejas (macromoléculas) orgánicas formadas por los

elementos: C, H, O, N, S y, en algunos casos, fósforo. Son polímeros biológicos constituidos por

un conjunto de 20 monómeros diferentes denominados aminoácidos, en un número que varía

entre 50 hasta más de 1000 aminoácidos, arreglados en secuencia lineal que toman una

conformación tridimensional que presenta diferentes niveles estructurales.

Funciones biológicas de las proteínas

Una de las funciones más relevantes de las proteínas es actuar como enzimas, los principales

catalizadores de las células. Así como las proteínas forman parte de todas las estructuras

celulares, participan también como agentes activos en todas las funciones de la célula y del

organismo. Así por ejemplo las proteínas funcionan en los diferentes tipos de trabajos de las

células: químico, mecánico, osmótico y eléctrico, ejemplos de estos son: el trabajo químico de

todas las reacciones celulares; el trabajo mecánico de la contracción muscular; el trabajo

osmótico que mediante el transporte activo permite la entrada y salida de metabolitos en la

célula viva y el trabajo eléctrico que es muy evidente en la conducción nerviosa y en los

fenómenos de percepción y sensibilidad como el dolor, la temperatura, la luz, el equilibrio

corporal y los fenómenos eléctricos del pensamiento.

Las proteínas funcionan también como hormonas –mensajeros químicos entre las células–

como ejemplo de hormonas de naturaleza proteica se destacan: la insulina, el glucagón, la

hormona adrenocorticotrófica y demás hormonas tróficas de la hipófisis: tirotropina,

luteinizante, prolactina, hormona del crecimiento; así como los factores liberadores del

hipotálamo. A nivel del organismo las proteínas tienen también una importante función

nutricional, formando el principal ingreso nitrogenado del organismo. Las proteínas de

membrana se ocupan además de servir como marcadores de la individualidad celular, se

ocupan de realizar los principales tipos de transporte activo y pasivo de la célula: difusión

facilitada, contratransporte, etc. Las proteínas funcionan prominentemente como

transportadores de diferentes tipos de sustancias: el oxígeno es llevado por la hemoglobina, el

cobre por la ceruroplasmina, el hierro por la siderofilina, los ácidos grasos por la albúmina que

también lleva los pigmentos biliares, los lípidos por las lipoproteínas, etcétera. Las proteínas

participan en los sistemas de defensa del organismo funcionando como anticuerpos:

inmunoglobulinas G, M, A, D y E; y también formando todos los componentes del

complemento. Cualquiera sea su función todas las proteínas son semejantes desde el punto de

vista químico, pues están formadas de las mismas unidades estructurales: los aminoácidos.

Una de las características más notables de las proteínas es que son capaces de organizarse en

el espacio para formar un número casi infinito de configuraciones, que pueden ser estudiadas

asignándoles cuatro niveles estructurales.

Hidratos de carbono

Los carbohidratos son moléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno (C, H, O) e

incluyen algunas de las moléculas más relevantes en la vida de los organismos, como son la

glucosa, que es universalmente utilizada por las células para la obtención de energía

metabólica, el glucógeno contenido en el hígado y el músculo, que forma la reserva de energía

más fácilmente asequible para las células del organismo y la ribosa y desoxirribosa que forman

parte de la estructura química de los ácidos nucleicos. Por otra parte los carbohidratos son

moléculas importantes en la biósfera, en donde la celulosa, que es un componente principal de

la estructura de las plantas, es la molécula orgánica más abundante del planeta y la

encontramos en nuestra vida diaria bajo la forma de madera o las fibras de algodón, acetato y

rayón de nuestras ropas; así también el azúcar de mesa, la sacarosa, es un disacárido con el

que endulzamos nuestros alimentos y se produce anualmente en cantidad de millones de

toneladas. DEFINICIÓN: Desde el punto de vista químico, los carbohidratos simples son

polihidroxi aldehídos o cetonas. Se los clasifica según el número de unidades de azúcar simple

que los forman: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Los polisacáridos liberan

centenares o millares de monosacáridos cuando se hidrolizan; mientras que los oligosacáridos

producen de 2 a l0 monosacáridos y los monosacáridos mismos son las unidades mínimas de

los carbohidratos que ya no se pueden hidrolizar. Se les llama carbohidratos debido a que su

estructura química semeja formas hidratadas del carbono y se representan con la fórmula Cn

(H2O)n. Los carbohidratos tienen diversas funciones en el organismo pero se destacan: su

papel como combustible metabólico (1 g de carbohidrato produce 4 Kilocalorías); como

precursores en la biosíntesis de ácidos grasos y algunos aminoácidos y; como constituyentes

de moléculas complejas importantes: glucolípidos, glucoproteínas, nucleótidos y ácidos

nucleicos.

Clasificación

1. Monosacáridos: Son sustancias cristalinas, solubles en agua, y generalmente de sabor

dulce. Podríamos clasificarlos según la cantidad de carbonos de su cadena principal en

triosas (3 carbonos), treosas (4 C), pentosas (5 C), hexosas (6 C), y según la posición del

grupo aldehído: aldosas (carbono terminal) y cetosas (carbono intermedio). Las

aldosas y cetosas más abundantes en la naturaleza tienen entre 3 y seis átomos de

carbono.

2. Oligosacáridos: Formados por la unión de unos pocos monosacáridos (entre 2 y 10) de

6 carbonos, hexosas, asociados a través de un enlace glucosídico. De los oligosacáridos

importantes en bioquímica, los más relevantes son los disacáridos, conformados como

su nombre genérico lo indica por dos monosacáridos, y entre éstos se hallan: maltosa,

sacarosa, lactosa y celobiosa

3. Polisacáridos: Cuando gran cantidad de moléculas de hexosas se unen a través de

enlaces glucosídicos se forman grandes moléculas, constituidas por numerosas

subunidades (monómeros), que se denominan polímeros. Los polímeros formados por

muchos monosacáridos se denominan polisacáridos. Dentro de las funciones de estas

macromoléculas se encuentra la de almacenar energía, como el glucógeno y el

almidón. Otros no constituyen una fuente de energía pero son importantes

componentes estructurales como la celulosa, la quitina y la mureína.

Lípidos

Los lípidos son un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que tienen en común el ser

moléculas no polares, insolubles en el agua, solubles en los solventes orgánicos, estar

formadas de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y en ocasiones Fósforo, Nitrógeno y Azufre.Los

lípidos son biomoléculas orgánicas de distribución prácticamente universal en los seres vivos y

que desempeñan en ellos numerosas funciones biológicas, como son:

a) Los lípidos constituyen el material fundamental de todas las membranas celulares y

subcelulares, en las que constituyen la bicapa de fosfolípidos, arreglados con las cabezas

polares hacia fuera y las colas no polares hacia dentro.

b) Los lípidos forman la mayor reserva de energía de los organismos, que en el caso del

organismo humano normal, son suficientes para mantener el gasto energético diario durante

la inanición por un período cercano a los 50 días.

c) Las grasas funcionan como aislante térmico muy efectivo para proteger a los organismos del

frío ambiental, por lo que los animales de las zonas frías del planeta se protegen con una

gruesa capa de grasa bajo la piel y también las grasas sirven de un amortiguador mecánico

efectivo, que protege los órganos internos como el corazón y el riñón.

d) Los lípidos funcionan como hormonas de gran relevancia para la fisiología humana, por

ejemplo las hormonas esteroideas, las prostaglandinas y segundos mensajeros hormonales,

como el inositol-trifosfato y también como las vitaminas liposolubles A,D, E y K que forman

parte de los lípidos asociados.

e) Los lípidos tienen una función nutricional importante y figuran en la dieta tipo aportando

alrededor del 30 % de las kilocalorías de la dieta y como fuente de los ácidos grasos

indispensables: linoleico, linolénico y araquidónico.

Clasificación

1. Lípidos Simples

a) Ácidos grasos: Son ácidos monocarboxílicos de cadena lineal R-COOH, donde R es

una cadena alquilo formada sólo por átomos de carbono e hidrógeno. Existen más

de 20 ácidos grasos diferentes. La longitud de la cadena de carbonos varía entre 4

y 24 aunque los más comunes contienen 16 o 18 átomos de carbono. Además de

la longitud, la cadena de carbonos puede ser saturada o insaturada, es decir, que

tiene generalmente de uno a cuatro dobles enlaces carbono-carbono. La

insaturación de los ácidos grasos repercute en las propiedades físicas de la grasa

pues los ácidos grasos insaturados tienen puntos de fusión más bajos que los

saturados correspondientes. Las grasas que tienen en su mayoría ácidos grasos

saturados son sólidas o semisólidas a temperatura ambiente: grasa de vaca o de

cordero, manteca de cerdo, la mantequilla o la margarina; en cambio los aceites

que son líquidos a temperatura ambiente están formados en su mayor parte por

ácidos grasos con una o varias insaturaciones (poliinsaturados). Debido a su

mecanismo de síntesis, los ácidos grasos naturales tienen un número par de

carbonos sin que esto quiera decir que no los haya de números impares,

ramificados y sustituidos con grupos funcionales. Los ácidos grasos más

abundantes en la naturaleza son el ácido oleico (~30 % del total de ácidos grasos) y

el palmítico que representa por lo general de 10 a 50 % del total de ácidos grasos.

Otros ejemplos de ácidos grasos saturados son: láurico, butírico, esteárico, etc.,

entre los insaturados tenemos: linolénico, araquidónico.

b) Triglicéridos: son los lípidos más abundantes en los organismos vivos y están

formados por el alcohol glicerol esterificado con tres ácidos grasos. Las moléculas

de triacilgliceroles en las grasas naturales son muy variadas pues cada uno de los

tres ácidos grasos puede ser alguno de los cerca de 10 ácidos grasos más

frecuentes, lo cual hace posible las características observadas en la grasa de las

distintas especies, por ejemplo: el sebo, la manteca, la mantequilla y los aceites.

Las principales funciones de los tricilgliceroles es la de constituir la reserva más

grande de energía en el organismo humano y la única que permite la sobrevida

durante el ayuno prolongado y la función nutricional pues las grasas figuran en la

dieta diaria aportando alrededor del 30% de las kilocalorías necesarias para el

mantenimiento del organismo; cada gramo de grasa aporta 9 Kcal. Las grasas

corporales funcionan también como amortiguador mecánico para proteger a los

tejidos, por ejemplo: la grasa que rodea a los riñones, el corazón y el intestino. La

grasa subcutánea también al cuerpo de los agentes mecánicos externos y además

funciona como un aislante térmico que protege a los organismos de las bajas

temperaturas

c) Ceras Presentes en los vegetales y en los animales marinos, las ceras también se

encuentran en los mamíferos como sustancias de protección y en funciones

especiales. Las ceras están formadas por un ácido graso de cadena larga,

esterificado con un alcohol, también de cadena larga. A diferencia de las grasas no

son asimilables por el organismo humano. Las más conocidas son la cera de abeja,

con funciones estructurales, la cera de ovejas o lanolina, con funciones protectoras

ya sea por ser lubricantes o impermeabilizantes. Son sólidos y duros a temperatura

ambiente.

Ácidos nucleicos (ADN y ARN)

Son los responsables de almacenar la información genética, así como de su transmisión de

padres a hijos y de una generación celular a otra. Participan también en la expresión del

mensaje genético mediante la síntesis de proteínas, dirigiendo el correcto ensamblaje de los

aminoácidos en secuencias perfectamente definidas. Químicamente son macromoléculas

formadas mediante la polimerización de unidades monoméricas llamadas nucleótidos. Dichos

nucleótidos están unidos mediante enlaces fosfodiéster. De este modo, se puede considerar

que los nucleótidos son los bloques de construcción de los ácidos nucleicos, del mismo modo

que los aminoácidos lo son de las proteínas o los monosacáridos de los polisacáridos, en los

dos otros tipos de macromoléculas biológicas. Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido

desoxirribonucleico (DNA o DNA) y el ácido ribonucleico (RNA o RNA). Los cuales están

presentes en todas las células. El DNA es la molécula portadora de la información genética,

mientras que el RNA se encarga de la traducción de la información genética. Hay dos tipos de

ácidos nucleicos, constituidos por dos tipos de nucleótidos. Los ribonucleótidos contienen

ribosa y son parte de las moléculas de RNA y los desoxirribonucleótidos que conforman a las

moléculas de DNA y que contienen desoxirribosa o deoxiribosa (una unidad de ribosa

modificada, en la cual OH en el carbono 2 está sustituido por un H). Esta pequeña diferencia

hace que la molécula de DNA sea más estable que la de RNA, ya que el OH del carbono 2 es

altamente reactivo.

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