Biologia-organizacion De Los Seres Vivos

BIOLOGÍA C OMÚN

UNIDAD I: LA CÉLULA ORGANIZACIÓN DE LOS SERES VIVOS

INTRODUCCIÓN Millones de especies diferentes de organismos vivos pueblan la Tierra. La biología, el estudio científico de la vida, se define a través de una jerarquía de organización biológica, desde biomoléculas hasta biosfera. La vida se compone de materia, que es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. 

De elementos a macromoléculas:

En la Tierra, existen unos 92 elementos. Muchos son muy conocidos, como el carbono, el oxígeno, el calcio y el hierro, pero sólo unos 25 de ellos son esenciales para la vida y sólo cuatro; oxígeno (O), carbono (C), hidrógeno (H) y nitrógeno(N), constituyen el 97 % del cuerpo humano, que es un ejemplo típico de la materia viva. En el nivel químico, la partícula más pequeña de un elemento es el átomo, que al combinarse con átomos de dos o más elementos diferentes, en proporciones definidas y constantes, originan los compuestos, moléculas y macromoléculas. 

De célula a biosfera:

En el nivel celular, muchos tipos distintos de átomos y macromoléculas se asocian entre sí y forman células. Sin embargo, una célula es mucho más que un montón de átomos y moléculas, “es la unidad estructural y funcional básica de la vida”, el componente más simple de la materia viva que es capaz de realizar todas las actividades necesarias para la vida. En los organismos metacelulares, las células forman tejidos que a su vez se disponen en estructuras funcionales llamadas órganos. Un conjunto de órganos coordinadamente cumple funciones biológicas integrándose como un sistema de órganos. Los aparatos o sistemas de órganos se relacionan y cumplen sus funciones en forma coordinada y precisa estructurando el complejo organismo multicelular. Los organismos de una misma especie, que habitan en la misma área y en el mismo tiempo, constituyen una población. Las distintas poblaciones de organismos que interactúan en una misma área estructuran una comunidad biótica o biocenosis. El ecosistema es aquel nivel en que la comunidad se relaciona con el ambiente físico o abiótico (biotopo). Los ecosistemas que tienen similar clima y tipo de suelo, tienen una flora equivalente y una fauna asociada también equivalente y pasan a formar el nivel de bioma. Todos los biomas de la Tierra forman la biosfera.

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Figura 1. Niveles de organización biológica. Átomo

Tejido

FISIOLOGÍA

Órgano

Así, una molécula de agua tiene propiedades diferentes de la suma de las propiedades de sus átomos constitutivos hidrógeno y oxígeno-. De la misma manera, una célula tiene propiedades diferentes de las de las moléculas forman, y un organismo multicelular tiene propiedades nuevas y diferentes de las células que lo constituyen. De todas las propiedades emergentes, sin duda, la más maravillosa es la que surge en el nivel de una célula individual, y es nada menos que la vida.

BIOLOGÍA CELULAR

Célula

BIOLOGÍA MOLECULAR

Macromolécula

QUÍMICA

Molécula

Cada nivel de organización incluye a los niveles inferiores y constituye, a su vez, los niveles superiores (Figura 1). Y lo que es más importante, cada nivel se caracteriza por poseer propiedades que emergen en ese nivel y no existen en el anterior: las propiedades emergentes.

Sistemas de órganos

Organismo

Población

Comunidad

ECOLOGÍA

Ecosistema

Bioma

Biosfera

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1. TEORÍA CELULAR La célula fue descrita inicialmente por Robert Hooke (1665) al estudiar con el microscopio unas finas laminillas de corcho, dichas laminillas estaban formadas por un entramado de fibras que dejaban una serie de espacios, los cuales parecían “celdillas” de los panales de las abejas, y por ello las denominó células. En principio, esta descripción pasó como mera curiosidad, pero, con el tiempo y el perfeccionamiento de los microscopios, se fue observando que aquellas celdillas o células estaban presentes en muchos tejidos vegetales y animales. El contenido de éstas estaba formado de una masa viscosa a la que se llamó protoplasma o citoplasma y en la cual había un gránulo más o menos voluminoso al que se denominó núcleo. Finalmente, un botánico Schleiden (1804-1881) y un zoólogo Schwann (1810-1882) recogieron las observaciones y descripciones realizadas en vegetales y animales y formularon en 1839 el principio básico de la Teoría Celular. Posteriormente sobre la base de todas estas investigaciones, en 1855, se estableció un principio que resultaría central para la biología. Dos investigadores alemanes, Robert Remarck (18151865) y Rudolph Virchow (1821-1902) formularon la siguiente afirmación: toda célula procede de otra célula. Recordemos que la teoría celular se enfrentó en sus comienzos con la Teoría Vitalista, según la cual la fuerza vital era una más de las fuerzas que gobiernan la naturaleza, como la fuerza gravitatoria o la fuerza eléctrica. Según esta teoría, los organismos vivos formados por materia inerte poseen un principio etéreo llamado principio vital, pero con el tiempo se fue observando que las distintas facetas de la actividad de los seres vivos se deben a la acción conjunta y coordinada de los numerosos elementos celulares que constituyen el organismo y no por esta fuerza comentada anteriormente. De esta manera se explica la génesis celular, la actividad nerviosa, el metabolismo celular, etc. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que:

 Todos los organismos vivos están formados por una o más células. La estructura del organismo como un todo se debe a la especial disposición de sus células y de las estructuras que éstas generan. (La célula como unidad estructural).  Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. (La célula como unidad funcional).  Toda célula procede de la división de otra anterior. (La célula como unidad de origen).  Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.

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Aún cuando toda célula existente respeta en principio la teoría celular, existen una gran variedad de tamaños, formas, tipos y asociaciones celulares. No obstante, las células tienen propiedades y/o características comunes, tales como: 

Poseer una maquinaria metabólica: que le permite realizar los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción.



Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica).



Poseer una membrana plasmática, que delimita al citoplasma, y cuya función principal es regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles, (mecanismo de permeabilidad selectiva).

Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Eubacteria, Archaebacteria y Eukarya). El dominio Eukarya incluye cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia, todos ellos eucariontes. Tanto las Eubacterias como las Archaebacterias son procariontes (Figura 2).

(Unicelular, multicelular, eucariota)

Figura 2. Clasificación de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990).

ACTIVIDAD ¿Cuáles son las estructuras comunes a todas las células? ………………………………………………………………………………………………………….………...…………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………….………………………………………. ¿Cuál es la propiedad emergente que aparece en el nivel de organización biológica:célula? …………………………………………………………………………………………………………………………………….................. 5



Dominio Archaebacteria Prosperan en condiciones extremas, tanto acuáticas como terrestres, pueden soportar temperaturas superiores a 100º C o inferiores de 0ºC (termófilas), concentraciones salinas muy altas y pH extremos (acidófilas).



Dominio Eubacteria. Su pequeño tamaño incide en su morfología, actividad, diversidad, flexibilidad metabólica y tiene consecuencias importantes en su capacidad de adaptación fisiológica, su distribución ecológica y manipulación en el laboratorio (Figura 3).

Figura 3. Esquema general de una bacteria



Características Generales

Poseen pared celular, no posee un sistema de endomembranas y algunas presentan por fuera de la pared una capa de glucoproteínas. Tienen una molécula de DNA principal, circular, cerrada que se llama cromosoma bacteriano y al lugar que ocupa en el citoplasma se le denomina nucleoide. Además, puede contar con trozos pequeños DNA circulares, extracromosómicos, que llevan pocos genes y están relacionados con la resistencia a los antibióticos que se denominan plásmidos. Pueden respirar aeróbica o anaeróbicamente. Los que respiran aeróbicamente poseen mesosomas que son repliegues internos de la membrana que contiene las enzimas y las proteínas transportadoras de electrones necesarias para la respiración con oxígeno. También se observan en la membrana repliegues llamados laminillas que lleva los pigmentos y las proteínas transportadoras de electrones necesarias para la fotosíntesis. En el citoplasma se observan moléculas, macromoléculas y estructuras como los ribosomas. Para su movilización las bacterias utilizan flagelos constituidos por una proteína llamada flagelina, además posee fimbrias o pilis que utilizan para adherirse a las superficies y en la conjugación. Se reproducen por fisión binaria (Figura 4). Durante este proceso se producen mutaciones que constituyen la mayor fuente de variabilidad genética, en un cultivo de E. coli que se ha dividido 30 veces, alrededor del 1.5% de las células son mutantes. Como poseen un solo cromosoma (cromosoma bacteriano) las mutaciones pueden expresarse rápidamente y así ser seleccionadas. 6

Figura 4. Fisión binaria

También consiguen variabilidad genética a través de mecanismos tales como la transformación, transducción y conjugación. (Figura 5) A) Transformación: Consiste en la alteración genética de la célula resultante por la introducción, absorción y expresión del material genético de otra bacteria (DNA o RNA). La transformación normalmente se usa para insertar nuevos genes en bacterias para experimentos, o para aplicaciones industriales y médicas B) Transducción: Proceso por el que el ADN de una bacteria pasa a otra a través de un virus bacteriano (un bacteriófago). C) Conjugación: Proceso por el que una célula bacteriana viva transfiere material genético a través del contacto con otra célula, con intervención de estructuras superficiales especializadas y de funciones específicas (pili sexual o contacto íntimo de las bacterias).

Figura 5. Mecanismos que generan variabilidad genética en bacterias 7

Las Bacterias poseen diversas formas que han servido para su clasificación (Figura 6).

Figura 6. Tipos morfológicos de bacterias.

Según su nutrición, hay bacterias autótrofas (fotosintéticas y quimiosintéticas) y otras heterótrofas, entre las cuales están las parásitas que nos causan enfermedades y las saprófitas, que son degradadores y participan en los ciclos biogeoquímicos, función ecológica muy importante. (Figura 7). Materia inorgánica

AMBIENTE

PRODUCTORES

Materia orgánica

Materia orgánica

Materia inorgánica

CONSUMIDORES Materia orgánica

DEGRADADORES Bacterias y Hongos

Materia inorgánica

Figura 7. Esquema general del ciclo de la materia en un ecosistema.

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ACTIVIDAD Sobre las bacterias ¿Por cuál mecanismo se reproducen? ……………………………………………………………………………………………………………….. ¿Cómo obtienen variabilidad genética y se adaptan a las condiciones ambientales? ……………………………………………………………………………………………………………….. ¿Qué función desempeñan en los ecosistemas? ……………………………………………………………………………………………………………................................................

En guías posteriores se revisara en detalle el modelo eucarionte. A continuación se presenta una tabla con las principales diferencias y semejanzas entre la célula procarionte y eucarionte. Tabla 1. COMPARACIÓN ESTRUCTURAL ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES. Características

Célula Procariótica

Célula Eucariótica

Ejemplo

Eubacterias y Arqueobacterias.

Protistas (protozoos, algas), hongos, animales y vegetales.

Tamaño

Lo habitual es de 0,5 – 10 m de diámetro.

La mayoría entre 10 – 50 m de diámetro.

Presentación del DNA

Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria.

Encerrado en el núcleo por la envoltura nuclear, tiene una disposición lineal, asociándose con proteínas (histonas y no histonas), denominándose cromatina.

Compartimentalización citoplasmática

Ausente.

Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, vacuolas, etc.

Ribosomas

Más pequeños y livianos (70 S).

Más grandes y pesados (80 S).

Pared Celular

No celulósica, sino de tipo glicopeptídica Ausente en células animales, presente en las (peptidoglucano). células vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa). Presente en hongos (quitina).

Locomoción

Flagelos, estructurados por una proteína Cilios y flagelos a base de un esqueleto (flagelina). microtubular de tubulina.

Membrana Plasmática

Presente, formada proteínas.

de

bícapa

lipídica

y Presente, formada proteínas.

S = es una unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg). 1mm= 103 µm = 106 nm ó mµ

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de

bícapa

lipídica

y

ACTIVIDAD Clasifique a los siguientes seres vivos según:

Organismos

Reino

Atún Escherichia coli Pino Levadura Paramecio Cochayuyo Cactus Champiñón Ameba

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Tipo de Célula

Organización celular

Procarionte o Eucarionte

Unicelular o Pluricelular

Anexo FORMAS DE COMBINACIÓN, RAÍCES, PREFIJOS Y SUFIJOS Muchos términos científicos son palabras compuestas, es decir, están formadas por una o mas raíces o formas de combinación de raíces con prefijos y sufijos. Por ejemplo leucocito o glóbulo blanco es una combinación de leuco, de la raíz que significa blanco y cito de la raíz que significa célula. A continuación se presenta una lista de las formas de combinación, raíces, prefijos y sufijos más utilizados en biología.

Raíces

Significado

Acro Acu Adeno Auto Bio Blast Bronc Carcin Cardio Cefalo Cine Cito Cromo Entero Eritro Esteno Fago Filia Galacto Gastr Gine Gloso Gluco Hem Hepato Hidr Histio Leuco Lip,Lipo Meningo Mio Morfo Nefro Neumo Neuro Oculo Odonto Oftalmo Onco Osteo Ovo Pato Soma Trombo Vaso Víscera Zoo

extremidad oír glándula por uno mismo vivo Blasto, germen, yema bronquio cáncer corazón cabeza movimiento célula color intestino rojo estrecho ingerir afinidad por leche estómago hembra, mujer lengua azúcar sangre hígado agua tejido blanco grasa membrana músculo forma riñón pulmón, aire nervio ojo diente ojo tumor hueso óvulo enfermedad cuerpo coágulo conducto órgano animal

Ejemplo Acromegalia Acústica adenohipófisis autótrofo biología blastocisto broncoscopia carcinoma, carcinogénico electrocardiograma liquido cefalorraquídeo cinetocoro espermatocito cromosoma, cromoplasto enterocito eritrocito estenosis aórtica fagocitosis hidrófilo conductos galactóforos gastritis Ginecología hipogloso gluconeogénesis hematoma hepatitis hidrólisis histología leucocito lípidos meninges miocito, miocardio amorfo nefrón neumonía neuropatía oculomotor odontopediatría oftalmólogo oncología osteocito ovogénesis patologías soma neuronal trombosis vasectomía visceral protozoo

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PREFIJOS A Alb Andro Anti Bi Bili Bradi Braqui Ciano Di,Diplo Dis Ecto,Exo Endo Epi Esquizo Eu Extra Gen Hemi Hetero Hiper Hipo Homo Inter Intra Iso Macro Melan Micro Mono Neo Nict Oligo Poli Post Pro Proto Seudo Supra Taqui Terato Tetra Tri

carencia de blanco masculino contra dos bilis despacio corto azul dos doloroso fuera dentro de sobre dividido bien fuera originar mitad diferente excesivo bajo el mismo entre dentro de igual grande negro pequeño uno nuevo noche pequeño muchos después de antes de primero falso sobre rápido feto malformado cuatro tres

amembranoso albino andrógenos antiparalelas bisexuales bilirrubina bradicardia braquidactilia cianótico diploide dismenorrea exoesqueleto endomembranas epicardio esquizofrenia eucarionte extra cromosómico genotipo homocigótico heterocigoto hipertónico hipotónico homosexual intercinecis intracelular isotónico macrófagos melanocitos microscopia monocatenario neonato nictalopía oligodendrocitos polisomas post-sináptica procarionte protozoo pseudópodos suprarrenales taquicardia teratógeno tétrada trisomía

capaz de acción estado doloroso debilidad punción mata, destruye hinchazón relativo a la sangre miedo a agente que produce u origina registro inflamación disolver, soltar el estudio o ciencia de agrandado tumor condición lleno enfermedad déficit respirar producción secreción anormal flujo cortar relacionado con la nutrición que influye orina

viable inspiración mialgia miastenia amniocentesis bactericida edema glicemia hidrofóbica patógeno electrocardiograma otitis hemólisis ecología acromegalia linfoma necrosis adiposo neuropatía leucopenia apnea eritropoyesis hemorragia amenorrea vasectomía autotrofo adenocorticotrópica poliuria

Sufijos able ación algia astenia centesis cida ema emia fobia geno grama itis lisis logía megalia oma osis oso patía penia pnea poyesis rragia rrea tomía trofia trópico uria

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PREGUNTAS 1. De los siguientes cinco niveles de organización, el que incluye a los otros cuatro es A) B) C) D) E)

molécula. átomo. célula. órgano. tejido.

2. La teoría celular postula que A) B) C) D) E)

toda célula presenta núcleo y citoplasma. todo ser vivo es o está formado por células. todo ser vivo puede multiplicarse por mitosis. plantas y animales están formados por órganos. las células vegetales y animales derivan de células procariontes.

3. Ordene de menor a mayor complejidad los siguientes niveles de organización biológica 1. átomo A) B) C) D) E)

1, 1, 1, 1, 3,

2, 3, 3, 3, 1,

3, 4, 2, 2, 2,

4, 2, 4, 5, 5,

2. célula

3. molécula

4. tejido

5. órgano

5 5 5 4 4

4. Tanto las células procariontes como las eucariontes presentan I) II) III) B) C) D) E) F)

ribosomas. membrana plasmática. ácido desoxirribonucleico.

Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II I, II y III

5. De las estructuras que se presentan a continuación, reconozca la que es exclusiva de célula eucarionte A) B) C) D) E)

flagelos. ribosoma. cromatina. pared celular. membrana plasmática.

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6. Los organismos que no poseen un núcleo delimitado también carecen de I) II) III) A) B) C) D) E)

Sólo Sólo Sólo Sólo Sólo

ribosomas reacciones metabólicas compartimientos citoplasmáticos

I II III I y II I y III

7. La bacteria causante de la sífilis Treponema pallidum y una célula obtenida del roble (Nothofagus oblicua) tiene en común poseer I) II) III) A) B) C) D) E)

pared celular núcleo definido. membrana celular

Sólo I Sólo II Sólo I y III Sólo II y III I, II y III

8. Los tipos celulares que no poseen un núcleo delimitado, carecen de A) B) C) D) E)

ribosomas. mitocondrias. material genético. membrana celular. metabolismo propio.

9. La levadura y el champiñón tienen en común I) poseer núcleo definido. II) pertenecer al mismo reino. III) ser organismos unicelulares. A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo II Sólo I y II Sólo II y III I, II y III

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10. Sobre la Teoría Celular, se puede afirmar correctamente que I) toda célula debe poseer un límite que es la pared celular. II) la disposición de las células de un organismo determina su estructura total. III) un botánico y un zoólogo son los primeros que establecieron las bases de la teoría. A) B) C) D) E)

Sólo I Sólo III Sólo I y II Sólo II y III I, II y III

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