UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALAFACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

ESCUELA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

Bioquímica

UNIDAD I

Roberto Rafael Espinoza Ruiz

Ing. Agro. Eudaldo Jadán

Tercer Ciclo “A”

Machala - El Oro - Ecuador

2012

UNIDAD I

1. GENERALIDADES DE LA BIOQUIMICA Y LA CELULA

VEGETAL DESDE LA PRESPECTIVA BIOQUIMCA

1.1. Concepto

La bioquímica estudia la composición química del ser vivo, la base química de la vida.

1.1.1. Objetivos

Analizar los procesos degradativos y formativos producidos en los seres vivos y

como la célula obtiene energía y como puede cumplir sus funciones biológicas.

Reconocer la importancia de la bioquímica para análisis y comprensión de los

procesos biológicos.

Desarrollo de habilidad dentro de clase y fuera en el campo.

1.1.2. Importancia de la bioquímica para las ciencias agropecuarias.

El estudio de la bioquímica es el conocimiento de la estructura y comportamiento de las

moléculas biológicas. Este estudio hace un objetivo general para las ciencias agropecuarias.

La importancia de la bioquímica es que está muy relacionada con la agronomía en donde se

hayan fundamentos científicos que le permite examinar adecuadamente la conservación y la

autoproducción que es la base principal para el aumento de la producción agrícola.

Adapta métodos para un mayor desarrollo y rendimiento económico en los cultivos, bases

alternativas para insecticidas y fertilizantes o incrementando la biodegradación de los

productos desechados para un mejor ambiente.

1.1.3. Relación con otras ciencias

Citología: Se relaciona con la bioquímica por que estudia células orgánicas, su

estructura, desarrollo, funcionamiento y reproducción.

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Genética: Se relaciona con la bioquímica porque estudia el ADN y ARN, para

identificar ciertas patologías, rasgos e incluso modificaciones.

Microbiología: Ciencia que estudia los organismos de tamaño microscópico, entre

los que se incluyen las bacterias, los protozoos y los virus, así como ciertos hongos

(levaduras) y algas unicelulares de pequeño tamaño.

Patología médica: Se relaciona con la bioquímica por qué se dedica la diagnostico

a través de los análisis propios.

Química: Se relaciona con la química por que estudia la composición de la materia

y la acción recíproca de los átomos para formar nuevas moléculas; tal acción

recíproca, llamada reacción química.

Zoología y Botánica: Se relaciona con la bioquímica por que se encarga del estudio

de la célula, representan esquemáticamente la molécula portadora de la información

genética.

Opiniones sobre la bioquímica

La bioquímica estudia la composición química de todos los seres vivos lo cual se trata de

una ciencia muy experimental tanto como teórico y como practico en donde tiene un futuro

prometedor en la carrera de ingeniería agronómica y como para otras carreras.

Es el estudio especialmente de proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Se basa

en todo ser vivo que contiene carbono y que en general sus moléculas están compuestas del

carbono mismo, el hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosforo y azufre.

Porque necesitamos la información del clima?

La información del clima se la necesita o en otras palabras se la requiere conocer para

obtener información esencial del tiempo y clima. La relación del clima con otros sistemas

de producción agropecuaria con el fin de analizar, evaluar los resultados de una producción

agropecuaria y sus procesos.

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1.2. COMPOSICION DE LA MATERIA VIVA. EL SER VIVO

COMO UN SISTEMA. LA CELULA VEGETAL

1.2.1. Composición de la materia viva

Toda la materia viva está compuesta de:

Agua 70 – 80%

Bioelementos primarios como C, O, N, H, P, S, imprescindibles para formar las

principales moléculas biológicas como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos

nucleicos.

Bioelementos secundarios como Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, imprescindibles para

fundamentales especies.

Figura 1. Bioelementos primarios

1.2.2. Formación de glúcidos

Son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrogeno y oxígeno.

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1.2.3. Estructura química

Formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrogeno y una menor cantidad de

oxígeno. Tiene enlaces química muy difíciles de romper llamados covalentes, mismos que

poseen una gran cantidad energía que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de

esta energía es aprovechada por el organismo consumidor y otra parte es almacenada en el

organismo.

|en la naturaleza se encuentra en los seres vivos formando parte de biomoléculas aisladas o

asociadas a otras como las proteínas y los lípidos.

1.2.4. Formación

Figura 2. Formación de glúcidos

1.2.5. El ser vivo como un sistema

Todo ser vivo necesita agua, aire, luz solar y muchos más factores que requiere para su

desarrollo.

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Composición química del suelo

Dentro de la composición química encontramos cloruros, fosfatos, carbonatos y nitratos,

calcio, magnesio, boro, cobre, zinc, yodo, cloro, flúor, cobalto, estroncio y bario.

Las sustancias químicas que se eliminan con más rapidez son los cloruros y los sulfatos, o

los que siguen el calcio, el sodio, el magnesio y el potasio. Los silicatos y los óxidos de

hierro y el aluminio se descomponen con mucha más lentitud y7 apenas lixivian. Cuando

algunos de estos se pone en contacto con el aire del suelo tiene reacciones químicas como

en particular la oxidación que provoca la formación de sustancias químicas más solubles o

más frágiles que las originales.

Arena y limo: en un porcentaje adecuado retiene loa humedad y favorece la aireación. Un

suelo muy arcilloso no es apto para cultivos.

Arena y grana: en una cierta cantidad entrega porosidad para que las raíces reciban aire

suficiente. Suelo árido no retiene el agua por lo que es muy seco.

Elementos imprescindibles para el desarrollo vegetal esta el nitrógeno, fosforo y potasio en

proporciones adecuadas.

Figura 3. Elementos indispensables para la planta

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Composición química del aire

El aire es una mezcla de gases compuestos principalmente de N2, O2, Ar y CO2. La

composición del aire varía según la altitud y su latitud.

Oxigeno

Es un elemento gaseoso incoloro, inodoro e insípido, formado por moléculas diatomicas.

Es inactivo a temperatura ambiente.

A temperatura elevada forma óxidos

Producto de la fotosíntesis.

Figura 4. Formación de oxigeno

Dióxido de carbono

Compuesto gaseoso incoloro, inodoro, formado por carbono e hidrogeno.

Poco reactivo y ligeramente toxico.

Se disuelve en agua y reacciona con ella produciendo ácido carbónico (H2CO3).

Participa en la fotosíntesis y respiración celular.

Figura 5. Formación de carbono

7

Nitrógeno

Elemento gaseoso, incoloro, inodoro, insípido, no inflamable e inerte. Para ser utilizado por

las plantas debe fijarse como nitrato (NO3¯). Importante para las plantas y animales ya que

el N2 forma parte de las proteínas y ácidos nucleicos.

Composición del aire

Elemento Proporción en volumen Proporción en pesoNitrógeno 78,14 75,6

Oxigeno 20,92 23,1

Argón 0,94 0,3

Neón 1,5 10¯2 1 10¯3

Helio 5 10¯4 0,7 10¯4

Criptón 1 10¯4 3 10¯4

Hidrogeno 5 10¯5 0,35 10¯5

Xenón 1 10¯5 4 10¯5Figura 6. Elementos que integran la composición del aire

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Composición química del agua

El agua está formado por dos átomos de hidrogeno y una de oxígeno.

Para saber el porcentaje de cada elemento se suma las masas atómicas de cada elemento.

Peso molecular del agua: 1+1+16= 18 g/mol

% hidrogeno: 2*100/18= 11.11%

% oxigeno: 16*100/18: 88.89%

Por lo que el agua está constituido aproximadamente por un 11% de hidrogeno y un 89% de

oxígeno.

La molécula de agua es muy polar, puesto que hay una gran diferencia de

electronegatividad entre el hidrógeno y el oxígeno. Los átomos de oxígeno son mucho más

electronegativos (atraen más a los electrones) que los de hidrógeno, lo que dota a los dos

enlaces de una fuerte polaridad eléctrica, con un exceso de carga negativa del lado del

oxígeno, y de carga positiva del lado del hidrógeno. Los dos enlaces no están opuestos, sino

que forman un ángulo de 104,45° debido a la hibridación sp3 del átomo de oxígeno así que,

en conjunto, los tres átomos forman un molécula angular, cargado negativamente en el

vértice del ángulo, donde se ubica el oxígeno y, positivamente, en los extremos de la

molécula, donde se encuentran los hidrógenos. Este hecho tiene una importante

consecuencia, y es que las moléculas de agua se atraen fuertemente, adhiriéndose por donde

son opuestas las cargas. En la práctica, un átomo de hidrógeno sirve como puente entre el

átomo de oxígeno al que está unido covalentemente y el oxígeno de otra molécula. La

estructura anterior se denomina enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno.

El hecho de que las moléculas de agua se adhieran electrostáticamente, a su vez modifica

muchas propiedades importantes de la sustancia que llamamos agua, como la viscosidad

dinámica, que es muy grande, o los puntos (temperaturas) de fusión y ebullición o los

calores de fusión y vaporización, que se asemejan a los de sustancias de mayor masa

molecular.

El agua, por su gran potencial de polaridad, cuenta con la propiedad de la adhesión, es

decir, el agua generalmente es atraída y se mantiene adherida a otras superficies.

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Presenta un punto de ebullición de 100 °C (373,15 K) a presión de 1 atmósfera (se

considera como estándar para la presión de una atmósfera la presión promedio existente al

nivel del mar). El calor latente de evaporación del agua a 100 °C es 540 cal/g (ó 2260 J/g).

Tiene un punto de fusión de 0 °C (273,15 K) a presión de 1 atm, sin embargo, nuevos

estudios por parte de un equipo de químicos de la Universidad de Utah (EE UU), han

demostrado que el agua no se fusiona completamente a 0 °C sino que es a -13 °C que el

hielo se solidifica por completo.3 El calor latente de fusión del hielo a 0 °C es 80 cal/g (ó

335 J/g). Tiene un estado de sobre enfriado líquido a −25 °C.

La temperatura crítica del agua, es decir, aquella a partir de la cual no puede estar en estado

líquido independientemente de la presión a la que esté sometida, es de 374 °C y se

corresponde con una presión de 217,5 atmósferas.

Figura 7. Átomos que conforman la composición del agua

1.2.6. Célula vegetal

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Figura 8. Estructura de una célula vegetal

Las células vegetales contienen varias estructuras internas rodeadas de membrana que

reciben el nombre de orgánulos.

Incluyen un núcleo que contiene el material genético, ribosomas que fabrican proteínas,

retículo endoplasmático liso que interviene en la síntesis de los lípidos que forman la

membrana celular y una membrana lipídica que rodea la célula. Las células vegetales

también contienen cloroplastos, unos orgánulos capaces de sintetizar azúcares a partir de

dióxido de carbono, agua y energía solar, y una vacuola grande que almacena sustancias

que la célula necesita. Las células vegetales están rodeadas por una pared celular rígida que

protege la célula y da forma a la misma.

Las células vegetales complejas, carecen de ciertos organelos, como los centriolos y

los lisosomas.

Las células vegetales contienen plastidios, estructuras rodeadas por una membrana,

que sintetizan y almacenan alimentos. Los más comunes son los cloroplastos.

Las células vegetales poseen vacuolas, que tienen la función de transportar y

almacenar nutrientes, agua y productos de desecho.

Las células vegetales presentan una pared celular celulósica, rígida que evita

cambios de forma y posición.

11

1.3. COMPOSICION DE LA MEMBRANA CELULAR

1.3.1. Membrana celular (bicapa lipídica)

La membrana que rodea los organismos animales o vegetales unicelulares o cada una de las

células de los organismos multicelulares desempeña un papel muy importante en los

procesos de nutrición, respiración y excreción de dichas células. Estas membranas celulares

son semipermeables, es decir, permiten el paso de moléculas pequeñas, como las de los

azúcares y sales, pero no de moléculas grandes como las proteínas. Las estructuras internas

de las células, como el núcleo, también tienen membranas.

Figura 9. Estructura de la membrana celular y su bicapa lipídica

1.3.2. La pared celular y su composición

12

La principal diferencia entre las células vegetales y animales es que las primeras tienen

pared celular. Ésta protege el contenido de la célula y limita su tamaño; también desempeña

importantes funciones estructurales y fisiológicas en la vida de la planta, pues interviene en

el transporte, la absorción y la secreción.

La pared celular vegetal es un órgano complejo que, aparte de dar soporte y estructura a los

tejidos vegetales, es capaz de condicionar el desarrollo de las células.

Tiene una composición de:

Carbohidratos

La composición de la pared celular vegetal varía en los diferentes tipos celulares y en los

diferentes grupos taxonómicos. En términos generales la pared celular vegetal está

compuesta por una red de carbohidratos y proteínas estructurales embebidos en una matriz

gelatinosa compuesta por otros carbohidratos y proteínas.

El principal componente de la pared celular vegetal es la celulosa. La celulosa es un

polisacárido fibrilar que se organiza en micro fibrillas y representa entre el 15% y el 30%

del peso seco de las paredes vegetales.

Las micro fibrillas de celulosa se encuentran atadas por carbohidratos no fibrilares a los que

se denomina genéricamente hemicelulosa. Los componentes mayoritarios de la

hemicelulosa son xiloglicanos (XiGs) glucuronarabinoxilanos (GAXs).

Pectina

La pectina es otro componente importante de las paredes celulares. Es un polisacárido no

fibrilar, rico en ácido D-galacturónico, heterogéneamente ramificado y muy hidratado. Los

componentes mayoritarios de la pectina son: los homogalacturonanos (HGA) y

ramnogalacturonanos I (RG I). La matriz de pectina determina la porosidad de la pared y

proporciona cargas que modulan el pH de la pared.

Lignina y Suberina

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Lignina y suberina son polímeros complejos compuestos por fenilpropanoides y alcoholes

aromáticos. Se acumulan en algunas paredes secundarias y, en casos excepcionales, en

paredes primarias. La lignina, la suberina y ceras como la cutina, le confieren

impermeabilidad al agua a los tejidos en los que se depositan.

Proteínas

La pared celular vegetal también está compuesta por proteínas estructurales. Estas proteínas

son ricas en uno o dos aminoácidos, tienen dominios con secuencias repetidas y están

glicosiladas en mayor o menor grado. Para la mayoría de las proteínas estructurales de la

pared vegetal, se ha propuesto que tienen estructura fibrilar y que se inmovilizan mediante

enlace covalente entre ellas o con carbohidratos. Se sabe que estas proteínas se acumulan

en la pared en diferentes etapas del desarrollo y en respuesta a diferentes condiciones de

estrés.

Se consideran proteínas estructurales de la pared celular vegetal: extensinas o proteínas

ricas en hidroxiprolina (HRGPs), proteínas ricas en prolina (PRPs), proteínas ricas en

glicina (GRPs) y arabinogalactanas (AGPs).

1.3.3. Lamina Media

Es el lugar en la que se unen una célula con otra, es rica en pectina y otras sustancias

adhesivas.

Se sitúa entre las paredes primarias de las células vecinas, actúa como “cemento”,

uniéndolas.

Tiene una estructura simple y consistencia gelatinosa debido a su contenido en pectinas.

Se forma durante la división celular, las vesículas del aparato de Golgi se alinean para

constituir la placa celular, a ellos se vierten los precursores que van a dar origen a la lámina

media, a ambos lados se irán depositando las paredes primarias de las células hijas.

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Figura 10. Estructura de la lámina media

1.3.4. La Pared Primaria

La pared primaria es delgada (de 1 a 3 micras de grosor) y se forma cuando la célula crece,

ejemplo de esta la tenemos en células jóvenes en crecimiento, en el tejido parenquimático,

en el clorénquima, epidermis, etc.

Está presente en todas las células vegetales y es producto de la acumulación de 3 o 4 capas

sucesivas de micro fibrillas de celulosa compuesta entre un 9 y un 25% de celulosa. La

pared primaria se crea en las células una vez está terminando su división, generándose el

fragmoplasto, una pared celular que dividirá a las dos células hijas. La pared primaria está

adaptada al crecimiento celular, las micro fibrillas se deslizan entre ellas produciéndose una

separación longitudinal mientras el protoplasto hace presión sobre ellas.

1.3.5. La Pared Secundaria

No siempre existe, hay células que sólo poseen pared primaria, pero, en otras se forma en el

interior una pared suplementaria de mayor grosor cuya misión es ofrecer resistencia al

tejido.

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La pared secundaria se forma cuando, tras haber finalizado el crecimiento celular, la pared

primaria no aumenta su tamaño.

1.3.6. Micro fibrillas

Estructuras cristalinas formadas por cadenas lineales de celulosas con un diámetro de entre

20 y 30cm y formadas por unas 2000 moléculas de celulosa entre las que se establece

enlaces de hidrogeno.

Figura 11. Micro fibrillas

16

1.4. ORGANELOS CELULARES

1.4.1. Núcleo

Figura 12. Núcleo

El núcleo es el centro de control de la célula. Desde aquí se dirige la síntesis de enzimas en

los ribosomas del citoplasma y por ende se determina la actividad metabólica de la célula.

Se conserva, replica y expresa la información genética de la célula. Como se trató

anteriormente, el conjunto de enzimas que se encuentran en una célula determinan su

actividad metabólica.

El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está

rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5-8 µm de

diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en

cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos.

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1.4.2. Estructura del Núcleo

A la membrana que envuelve el núcleo se le conoce como envolvente nuclear y consiste de

dos membranas concéntricas. La membrana exterior da hacia el citoplasma y la interior

hacia el núcleo plasma. La membrana nuclear tiene unos poros que casi son obstruidos por

una estructura densa que se le llama anillo.

Este es el conducto por medio del cual salen del núcleo hacia el citoplasma los ácidos

ribonucleicos bien sean libres (ARN mensajero o ARN de transferencia) o como

subunidades ribosomales.

Membrana Nuclear

También llamada carioteca, es la envoltura que rodea y delimita al núcleo propio de la

célula eucariota. La envoltura nuclear está formada por dos membranas concéntricas, así

que la expresión membrana nuclear, frecuentemente usada para referirse a ella, no puede

considerarse apropiada.

La envoltura nuclear es una estructura compleja que se basa en una vesícula de retículo

endoplasmático extendida alrededor del material hereditario nuclear (cromatina). Como tal

vesícula, la envoltura aparece conformada por dos membranas: la membrana nuclear

externa y la membrana nuclear interna. Por el lado de fuera queda el citoplasma y por el de

dentro el contenido del núcleo. Por el lado del núcleo la membrana nuclear interna lleva

adosada una estructura llamada lámina nuclear, la cual está formada por proteínas, como las

llamadas laminas, a veces en forma de capa continua, a veces con la estructura de un panal.

El hecho de que la envoltura sea una especialización del retículo endoplasmático se observa

también en que suele aparecer recubierta de ribosomas (algo que es característico del

retículo endoplasmático rugoso), los cuales fabrican precisamente proteínas que se

incorporan a la composición de las membranas nucleares.

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Nucleosoma

Figura 13. Ensamblaje de histonas nucleares en el nucleosoma

El nucleosoma es una estructura que constituye la unidad fundamental y esencial de

cromatina, que es la forma de organización del ADN en las eucariotas. Los nucleosomas

están formados por un núcleo proteico constituido por un octámero de histonas, proteínas

fuertemente básicas y muy conservadas filogenéticamente. El octámero está formado por

dos moléculas de cada de las histonas H2a, H2b, H3 y H4. Viéndolo en un microscopio

electrónico, se ve con forma de rosario o "collar de perlas", ya que está formada por la

doble hélice de ADN enrollada sobre sucesivos octámeros de histonas, existiendo entre dos

nucleosomas consecutivos un fragmento de ADN, ADN espaciador. Cada octámero de

histonas está rodeado por casi 2 vueltas de ADN bicatenario. Otra histona (H1) se extiende

sobre la molécula de ADN fuera de la parte central del nucleosoma.

Nucleolo

El nucléolo o nucleolo es una parte del núcleo considerada como un orgánulo. La función

principal del nucleolo es la producción y ensamblaje de los componentes ribosómicos. El

nucleolo es aproximadamente esférico y está rodeado por una capa de cromatina

condensada. El nucléolo, es la región heterocromatica más destacada del núcleo. No existe

membrana que separe el nucleolo del nucleoplasma.

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Los nucleolos están formados por proteínas y DNA ribosomal (DNAr). El DNAr es un

componente fundamental ya que es utilizado como molde para la transcripción del ARN

ribosómico para incorporarlo a nuevos ribosomas.

En el nucleolo además tiene lugar la producción y maduración de los ribosomas, gran parte

de los ribosomas se encuentran dentro de él. Además, se cree que tiene otras funciones en la

biogénesis de los ribosomas.

El nucleolo se fragmenta en división (aunque puede ser visto en metafase mitótica). Tras la

separación de las células hijas mediante citocinesis, los fragmentos del nucleolo se fusionan

de nuevo alrededor de las regiones organizadoras del nucleolo de los cromosomas.

1.4.3. Cromatina

La cromatina es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no históricas que se encuentra en

el núcleo de las células eucariotas y que constituye el cromosoma eucariótico.

Las unidades básicas de la cromatina son los nucleosomas. Éstos se encuentran formados

por aproximadamente 146 pares de bases de longitud (el número depende del organismo),

asociados a un complejo específico de 8 histonas nucleosómicas (octámero de histonas).

Cada partícula tiene una forma de disco, con un diámetro de 11nm y contiene dos copias de

cada una de las 4 histonas H3, H4, H2A y H2B. Este octámero forma un núcleo proteico

alrededor del que se enrolla la hélice de ADN (da aproximadamente 1.8 vueltas). Entre

cada una de las asociaciones de ADN e histonas existe un ADN libre llamado ADN

"espaciador", de longitud variable entre 0 y 80 pares de nucleótidos que garantiza

flexibilidad a la fibra de cromatina.

Se puede encontrar en tres formas:

Heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la

periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con las coloraciones. La

heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes:

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La constitutiva, idéntica para todas las células del organismo y que carece de

información genética, incluye a los telómeros y centrómeros del cromosoma que no

expresan su ADN.

La facultativa, diferente en los distintos tipos celulares, contiene información sobre

todos aquellos genes que no se expresan o que pueden expresarse en algún

momento. Incluye al ADN satélite y al corpúsculo de Barr.

Figura 14. Estructura del ADN

1.4.4. Cromosomas

Pequeños cuerpos en forma de bastoncillos en que se organiza la cromatina del núcleo

celular en la mitosis y la meiosis, cada uno de los cuales se divide longitudinalmente, dando

origen a dos cadenas gemelas (iguales). Su número es constante para una especie

determinada; en Homo sapiens sapiens (el ser humano) se tienen 46. De ellos 44 son

autosómicos y 2 son sexuales o gonosomas.

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Se llama cromatina al material microscópico constituido del ADN y de proteínas especiales

llamadas histonas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los

cromosomas se ven como una maraña de hilos delgados. Cuando la célula comienza su

proceso de división (cariocinesis), la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen

visibles como entidades independientes. La unidad básica de la cromatina son los

nucleosomas. Los cromosomas se suelen representar por pares, en paralelo con su

homólogo.

Figura 15. Esquema de un cromosoma

22

1.4.5. Citoplasma

Figura 16. Citoplasma

El citoplasma es la parte del protoplasma que, en una célula eucariota, se encuentra entre el

núcleo celular y la membrana plasmática. Consiste en una emulsión coloidal muy fina de

aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que

desempeñan diferentes funciones.

El citosol es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y

pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más

voluminoso, su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de

los mismos. El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se dan en las

células.

1.4.6. Mitocondrias

Son organelos de forma ovalada o esférica, presentes prácticamente en todas las células

eucariotas, encargados de suministrar la mayor parte de energía necesaria para la actividad

celular a través de la “respiración celular”, actúan por lo tanto como centrales energéticas

de la célula.

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Hay dos teorías sobre su origen: la primera, dice que provienen de la membrana

fundamental, cuando un brazo del retículo se rompió y se volvió un órgano aparte. La otra

dice que en el proceso de formación de la célula, una de ellas tomó una bacteria, la

esclavizo hasta hacerla parte de ella (origen bacteriano) y se cree esto porque las

mitocondrias, tienen su propio ADN.

Figura 17. Mitocondria

1.4.7. Cloroplastos

Figura 18. Estructura de un cloroplasto

Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y

algas, pero no en las de animales y hongos.

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Los cloroplastos son orgánulos con forma de disco, de entre 4 y 6 m de diámetro y 10 m o

más de longitud. Aparecen en mayor cantidad en las células de las hojas, lugar en el cual

parece que pueden orientarse hacia la luz. Es posible que en una célula haya entre cuarenta

y cincuenta cloroplastos, y en cada milímetro cuadrado de la superficie de la hoja hay

500.000 cloroplastos. Cada cloroplasto está recubierto por una membrana doble. El

cloroplasto contiene en su interior una sustancia básica denominada estroma, la cual está

atravesada por una red compleja de discos conectados entre sí, llamados lámelas. Muchas

de las lámelas se encuentran apiladas como si fueran platillos; a estas pilas se les llama

grana.

En las plantas, los cloroplastos se desarrollan en presencia de luz, a partir de unos

orgánulos pequeños e incoloros que se llaman proplastos. A medida que las células se

dividen en las zonas en que la planta está creciendo, los proplastos que están en su interior

también se dividen por fisión. De este modo, las células hijas tienen la capacidad de

producir cloroplastos.

1.4.8. Retículo Endoplasmático

Figura 19. Retículo endoplasmatico

Es una red interconectada que forma cisternas, tubos aplanados y sáculos comunicados

entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de

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lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula

animal y vegetal pero no en la célula procariota. Es un orgánulo encargado de la síntesis y

el transporte de las proteínas.

El Retículo endoplasmático está formado por túbulos ramificados limitados por membrana

y sacos aplanados que se extienden por todo el citoplasma (contenido celular externo al

núcleo) y se conectan con la doble membrana que envuelve al núcleo.

El Retículo endoplasmático tiene variedad de formas: tubúlos, vesículas, cisternas. En

algunos casos en una misma célula se pueden observar los tres tipos.

Retículo Endoplasmático Rugoso.- La superficie externa del RE rugoso está

cubierta de diminutas estructuras llamadas ribosomas, donde se produce la síntesis

de proteínas. Transporta las proteínas producidas en los ribosomas hacia las

regiones celulares en que sean necesarias o hacia el aparato de Golgi, desde donde

se pueden exportar al exterior.

Retículo Endoplasmático Liso.- desempeña varias funciones. Interviene en la

síntesis de casi todos los lípidos que forman la membrana celular y las otras

membranas que rodean las demás estructuras celulares, como las mitocondrias. Las

células especializadas en el metabolismo de lípidos, como las hepáticas, suelen

tener más RE liso.

1.4.9. Ribosomas

Los ribosomas son responsables del aspecto granuloso del citoplasma de las células.

Es el orgánulo más abundante, varios millones por célula, los ribosomas son complejos

ribonucleoproteícos organizados en dos subunidades: pequeña y grande; el conjunto forma

una estructura de unos 20nm. De diámetro (un milímetro de tu regla tiene 1.000.000 de

nm).

Los ribosomas se encuentran en todas las células y también dentro de dos estructuras

celulares llamadas mitocondrias y cloroplastos.

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Casi todos flotan libremente en el citoplasma (el contenido celular situado fuera del

núcleo), pero muchos están enlazados a redes de túbulos envueltos en membranas que

ocupan toda la masa celular y constituyen el llamado retículo endoplasmático.

Los ribosomas son los organelos en los cuales se sintetizan las proteínas. La información

necesaria para esa síntesis se encuentra en el ARN mensajero (ARNm), cuya secuencia de

nucleótidos determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. El ARN transferente

interviene para que los aminoácidos se incorporen a un polipéptido, cuya función es llevar

los aminoácidos a los ribosomas.

Figura 20. Ribosomas

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1.4.10. Lisosomas

Figura 21. Función del lisosoma

Los lisosomas son vesículas esféricas, 12 de entre 0,1 y 1 μm de diámetro. Contienen

alrededor de 50 enzimas, generalmente hidrolíticas, en solución ácida; las enzimas

necesitan esta solución ácida para un funcionamiento óptimo.13 Los lisosomas mantienen

separadas a estas enzimas del resto de la célula, y así previenen que reaccionen

químicamente con elementos y orgánulos de la célula.

1.4.11. Centrosomas

Es el centro organizador de microtúbulos.

Existe Tanto en las células vegetales como animales aunque en las animales encontramos

otro tipo de estructuras, llamadas centriolos, que son exclusivos para la célula animal.

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Los centrosomas son orgánulos muy importantes en los procesos de división celular, ya que

gracias a estas estructuras se originará el huso acromático, gracias al cual se puede llevar a

cabo el desplazamiento de los cromosomas a los polos de la célula.

Figura 22. Proceso de centrosoma

1.4.12. Vacuola

Las vacuolas son sacos limitados por membrana, llenos de agua con varios azúcares, sales,

proteínas, y otros nutrientes disueltos en ella.

Cada célula vegetal contiene una sola vacuola de gran tamaño que usualmente ocupa la

mayor parte del espacio interior de la célula.

Son un componente típico del protoplasto vegetal. En una célula adulta las vacuolas ocupan

casi todo el interior de la célula limitando el protoplasma a una delgada capa parietal. A

veces hay varias vacuolas y el citoplasma se presenta como una red de finos cordones

conectados a la delgada capa de citoplasma que rodea al núcleo.

29

Figura 23. Vacuolas

1.4.13. Aparato de Golgi

El aparato de Golgi, nombrado por quien lo descubrió, Camillo Golgi, tiene una estructura

similar al retículo endoplasmático; pero es más compacto. Está compuesto de sacos de

membrana de forma discoidal y está localizado cerca del núcleo celular.

El aparato de Golgi está formado por una o más series de cisternas ligeramente curvas y

aplanadas limitadas por membranas, y a este conjunto se conoce como apilamiento de

Golgi o dictiosoma. Los extremos de cada cisterna están dilatados y rodeados de vesículas

que o se fusionan con este comportamiento, o se separan del mismo mediante gemación.

Sus funciones:

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Modificación de sustancias sintetizadas en el RER:22 en el aparato de Golgi se

transforman las sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden

ser agregaciones de restos de carbohidratos para conseguir la estructura

definitiva o para ser proteolizados y así adquirir su conformación activa.

Producir glicoproteínas requeridas en la secreción al añadir un carbohidrato a la

proteína.

Segregar carbohidratos como los usados para restaurar la pared celular.

Transportar y almacenar lípidos.

Formar lisosomas primarios.

Figura 24. Aparato de Golgi

1.4.14. Plasmodesmos

Son orificios que atraviesan finas comunicaciones citoplasmáticas, a modo de cordones.

Mantienen la comunicación entre las células hijas al formarse la lámina media.

Los plasmodermos se rodean fibras de celulosa al formarse la pared primaria.

Los plasmodesmos pueden estar por toda la superficie o formar grupos en ciertas zonas de

la pared primaria, estos grupos de plasmodesmos de la pared primaria se llaman: campos

primarios de punteaduras.

31

Si se llega a producir el depósito de la pared secundaria, no se taponan los campos

primarios de punteaduras sino que permanecen abiertos durante el crecimiento en grosor de

la pared.

La presencia de plasmodesmos desplaza a las micro fibrillas, que se depositan a los bordes.

COMPLEMENTOS PARA LA UNIDAD I

Carotenos

32

Figura 25. Carotenoides de la estructura de la molecula de la clorofila

Los carotenoides o tetraterpenoides son una clase de pigmentos terpenoides con 40 átomos

de carbono derivados biosintéticamente a partir de dos unidades de geranil-geranil-

pirofosfato, en su mayoría son solubles en solventes apolares y de coloraciones que oscilan

entre el amarillo (por ejemplo el ß-caroteno) y el rojo (por ejemplo el licopeno).

Los carotenoides se clasifican en dos grupos: carotenos y xantofilas. Los carotenos solo

contienen carbono e hidrógeno (por ejemplo el ß-caroteno, el licopeno, etc.), mientras que

las xantofilas contienen además oxígeno (por ejemplo la luteína).

A los carotenoides generalmente se les denomina con nombres comúnes que incluyen las

variaciones estructurales de los anillos laterales, en especial la posición del enlace doble. El

b- caroteno, hoy es denominado b,b-caroteno, para indicar que los dos anillos de los

extremos tienen el enlace doble en la misma posición relativa. El a-caroteno, ahora se

denomina b,e- caroteno

En general para los carotenos se usa el sufijo caroteno, y para las xantofilas el sufijo ina.

33

Los carotenoides se encuentran ampliamente distribuidos en el reino vegetal, en bacterias, y

muy pocos se han reportado en animales (por ejemplo los colores rojizos de las plumas del

flamingo son debidos a la cantaxantina, un carotenoide), y particularmente invertebrados

marinos como las esponjas, estrellas de mar, pepinos de mar, erizos de mar, y otros. En los

animales superiores el ß-caroteno es un requerimento dietario esencial pues es precursor de

la vitamina A.

Se conocen más de 600 carotenoides, y se les encuentra en forma libre, como ésteres de

ácidos grasos o como glicósidos. Sin embargo los glicósidos carotenoides son muy raros,

un ejemplo de estos últimos es la crocina.

Los carotenoides se encuentran principalmente en partes aéreas de las plantas,

especialmente en hojas, tallos y flores, en frutos (por ejemplo tomate, pimentón, etc.), y en

menor proporción en raíces (por ejemplo la zanahoria).

Iones

Es la unión de átomos o grupos de átomos que tiene una carga eléctrica. Los iones con

carga positiva se denominan cationes y la que tienen carga negativa se denomina aniones.

Aniones

En los iones negativos, aniones, cada electrón del átomo originalmente neutro, está

fuertemente retenido por la carga positiva del núcleo.

El tamaño de los aniones es mayor que el de los átomos neutros y los cationes debido al

adicionamiento de un electrón.

Cationes

Iones positivos, átomos con una diferencia de electrones en los orbitales más extremos. Los

elementos que normalmente presentan mayor facilidad para ionizarse positivamente son los

metales. El tamaño de los cationes es menos que el de los átomos neutros y de los aniones

debido a su pérdida de electrones de su capa más extrema.

34

Formación de un ión

Figura 26. Formación de un ión

TABLA DE IONES QUE TOMA LA PLANTA

N° Símbolo Nombre Estado de Ion Nombre/s

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APUNTE

Que la firmeza de la pared celular depende de ciertas cargas iónicas como el Cu ofrece resistencia al deterioro y a la acción de patógenos. Iones como el Ca forman redes que conjuntamente con los componentes de la pared celular ofrece resistencia a las enzimas degradativas de los patógenos. Por otra parte la pared celular da firmeza y a los frutos y todos los tejidos resisten al deterioro.

oxidacion1 H Hidrógeno 1 H+  hidrógeno /

protón

      1 (OH)- oxhidrilo / hidroxilo / hidróxido

      -1 H-  hidruro

2 He Helio     gas noble - no

forma iones3 Li Litio 1 Li+  litio / lítico

4 Be Berilio / Berilo 2 Be+2  berilio / berilo

5 B Boro 3 B+3  boro

      3 (BO3)-3  borato

6 C Carbono 4 (CO3)-2  carbonato

7 N Nitrógeno -3 (NH4)+  amonio

      3 (NO2)-  nitrito

      5 (NO3)-  nitrato

8 O Oxígeno -2 O-2 oxígeno /

óxido / protóxido

      -2 (O2)-2  peróxido

      -2 (OH)- oxhidrilo / hidroxilo / hidróxido

9 F Flúor -1 F-  fluoruro

10 Ne Neón     gas noble - no

forma iones11 Na Sodio 1 Na+  sodio / sódico

12 Mg Magnesio 2 Mg++  magnesio / magnésico

13 Al Aluminio 3 Al+3  aluminio / alumínico

      3 (AlO2)-  aluminato

14 Si Silicio 4 (SiO3)-2  silicato

15 P Fósforo 3 (PO3)-3  fosfito

      5 (PO4)-3  fosfato

16 S Azufre -2 S-2  sulfuro

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      4 (SO3)-2  sulfito

      6 (SO4)-2  sulfato

17 Cl Cloro -1 Cl-  cloruro

      1 (ClO)-  hipoclorito

      3 (ClO2)-  clorito

      5 (ClO3)-  clorato

      7 (ClO4)-  perclorato

18 Ar Argón     gas noble - no

forma iones

19 K Potasio 1 K+  potasio / potásico

20 Ca Calcio 2 Ca+2  calcio / cálcico

26 Fe Hierro 2 Fe+2  ferroso

Mesófilo de la hoja

Figura 27. Estructura del mesofilo de la hoja

Constituidos por tejidos vasculares que forman las venas que la hoja y un tejido parenquimatico especializado para realizar la fotosíntesis denominado clorenquima, se encuentra entre ambas cara de la hoja.

Cuando el clorenquima de la hoja se diferencia en parénquima empalizada y parénquima esponjoso, el mesofilo se dice heterogéneo. Según la ubicación de los tipos de clorenquima se distingue tres tipos de estructura del mesofilo.

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Mesofilo dorsiventral o bifacial

Figura 28. Corte transversal de una hoja con estructura dorsiventral

Mesofiloisobilateral

Figura 29. Corte transversal de una hoja con estructura isobilateral

Mesofilo céntrico

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Figura 30. Estructura del mesofilo céntrico

Cinética del crecimiento

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Si se quiere medir la bioproductividad de un cultivo el componente de interés inmediato es la producción primaria, por los tanto el carbono que no se consume en la respiración, lo toma la planta y la utiliza para su crecimiento o reserva. De tal manera que la eficiencia de la planta aprovecha los factores medio ambientales para su rendimiento y producción.

Es importante tener una tabla en donde sedemuestre la cinética del crecimiento en donde podríamos tener porcentajes semanales del cultivo.

Interviene factores como:

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Agua Fuente de carbono Luz Aire Iones

Rupturas de enlace covalente

Los enlaces covalentes de alta energía de compuestos orgánicos se pueden romper de manera:

Homolítica

Suele producirse en presencia de luz UV pues se necesita un aporte de energía elevado. El enlace covalente se rompe de manera simétrica (1 e¯ para cada átomo) formándose radicales libres (átomos con e¯ desaparecidos)

Heterolítica

El enlace se rompe de manera simétrica (uno de los átomos se queda con los dos e¯ que compartían). Es la ruptura más habitual quedando con carga negativa el elemento más electronegativo y con menos positivos.

El fruto

El fruto es el ovario desarrollado conteniendo la semilla ya formada.

Su función principal en proteger la semilla durante su desarrollo.

Las paredes del fruto que son el resultado del desarrollo del o de los cepalos es el denominado pericarpio, se divide en 3 capas:

Epicarpio: parte externa del fruto y corresponde a la cara abaxil del carpelo.

Mesocarpio: parte media y corresponde el parénquima del mesofilo del carpelo. En frutas carnosas constituye frecuentemente la pulpa.

Endocarpio: capa interna y corresponde a la superficie adaxial del carpelo, rodea a la semilla y sirve de protección.

Estas tres capas pueden desarrollarse de manera diferente.

40

Figura 31. Estructura externa e interna del fruto

Nivel energético de productos alimenticios

Los niveles de energía se obtienen a través del proceso de oxidación de varios alimentos. La diferencia en cuanto al nivel energético de cada alimento está determinado por los nutrientes que lo componen ya sean glúcidos, lípidos o proteínas.

PRODUCTO ALIMENTICIO NIVEL ENERGÉTICO EN CALORIAS

Arroz blanco 354

Avena 367

Azúcar 380

Coliflor 30

Lechuga 18

Pepino 12

Tomate 22

Pollo 369

Atún 225

Cangrejo 85

Fusarium(fusariumoxysporumf.sp. licopersici)

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Figura 32. Marchitamiento vascular del tomate

Esta enfermedad que es un hongo que se encuentra en todo el mundo, está presente en el cultivo de hortalizas en donde comienza con la caída de peciolos de hojas superiores. Las hojas inferiores amarillean avanzando hacia el ápice y mueren.

También puede ocurrir que se produzca una amarillez que comienza en las hojas más bajas y que terminan por secar la planta. Si se realiza un corte transversal al tallo se observa un oscurecimiento en los vasos.

El hongo puede permanecer varios años en el suelo y penetra a través de las raíces hasta el sistema vascular en donde tiene síntomas parecidos al Verticiliumsp.

Fusarium oxysporum f.sp lycopersic. Es un patógeno de tomate, la bibliografía cita también a otras solanáceas como huésped de este hongo. Sobrevive en restos vegetales o como clamidiosporas en el suelo que perduran por varios años. La trasmisión a distancia se da mayoritariamente por semilla, plantines infectados y maquinaria. Localmente se propaga por agua de riego o aire así como trasplante con material afectado

Figura 33. Macro y micro conidias de Fusarium oxysporum

BIBLIOGRAFIA

42

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http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema9/9-1nucleo.htm

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http://www.forest.ula.ve/~rubenhg/nutricionmineral/

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http://www.slideshare.net/quimicadelaire

http://www.iesdionisioaguado.org/joomla/index.php?

option=com_content&view=article&id=1272:bio-nucleo-

celular&catid=105:distancia-ccnn&Itemid=155

http://larafranciscobio1.blogspot.com/2012/01/acidos-nucleicos-proteinas-y-la-

celula.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Mes%C3%B3filo_%28bot%C3%A1nica%29

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http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema21/21-2mesofilo.htm

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http://www.educared.org/wiki_educared/la_membrana_plasmatica_htm

http://www.pv.fagro.edu.uy/fitopato/enfermedades/Fusarium_tom.html

GLOSARIO

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1. Acuoso: Abundante agua.

2. Anión: Ion portador de carga negativa que se desplaza al electron positivo.

3. Átomo: Estructura básica que forma la unidad básica de cualquier elemento.

4. ATP: Acido trifosfato.

5. Bacteria: Nombre que reciben ciertos organismos unicelulares visibles solo a través

del microscopio y que constituyen uno de los tres dominios en que se dividen los

seres vivos.

6. Bicapa: Membrana delgada formada por dos moléculas de lípidos.

7. Bioquímica: Estudia la composición de los seres vivos y su proceso químico.

8. Catabolismo: Parte del metabolismo que comprende las reacciones de degradación.

9. Catión: Ion de carga positiva.

10. Celulosa: Es el componente principal de la pared de todas las células vegetales. En

las plantas, la celulosa suele aparecer combinada con sustancias leñosas, grasas o

gomosas.

11. Ebullición: Proceso físico en que el liquido pasa a estado gaseoso.

12. Edicarpio: Parte externa del grupo.

13. Endocarpio: Capa interna del fruto.

14. Energía: Capacidad de generar movimientos o transformaciones a algo.

15. Enlace: Tipo de interacción entre átomos.

16. Fotosíntesis: Proceso por el cual las plantas sintetiza sustancias complejas.

17. Fusarium: Enfermedad que ataca a las hortalizas en donde comienza la caída de

hojas superiores.

18. Lípidos: Grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que se encuentran en los

organismos vivos. Los lípidos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno,

aunque en proporciones distintas a como estos componentes aparecen en los

azúcares.

19. Macronutrientes: Elementos que llevan mayor parte de energía.

20. Metabolismo: Reacción química que son sometidos, sustancias ingeridas o

absorbidas por los seres vivos.

21. Micronutriente: Elementos que llevan menor parte de energía.

22. Mineral: Sustancia mineral que se encuentra en la tierra.

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23. Nutriente: Alimentos ingeridos necesarios para el desarrollo y crecimiento del ser

vivo.

24. Organelo: Estructura que está dentro de la célula de los cuales necesita nutrientes.

25. Organismo: Ser vivo (célula o conjunto de células) que está capacitado para

realizar individualmente intercambios de materia y energía con el medio ambiente,

y para formar réplicas de sí mismo.

26. Pectina: Nombre que se da a un grupo de derivados complejos de los hidratos de

carbono que producen algunas plantas. Las pectinas son sustancias blancas amorfas

que forman en agua una solución viscosa; combinadas en proporciones adecuadas

con azúcar y ácidos, forman una sustancia gelatinosa utilizada como espesante en

jaleas y mermeladas.

27. Proteína: Biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos.

28. Sacarosa: Disacárido formado por una molécula de glucosa y contiene gran

variedad de sacarosa.

29. Sustancia: Porción de materia que comparte determinadas propiedades.

30. Transporte: Transportación de sustancias de un lugar a otro,

31. Vitamina: Grupo de sustancias que son esenciales para el funcionamiento celular,

crecimiento y desarrollo.

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