Cientifico Final.pdf
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PREUNIVERSITARIO NEWTON Ser Bachiller
ORIGEN DEL UNIVERSO VIDA Y ESPECIES ...................................................................................................................12 Teorías sobre el origen del universo ......................................................................................................................12 Composición del universo ..................................................................................................................................12 La teoría de la gran explosión (Big Bang) ...........................................................................................................13 Teoría del estado estacionario...........................................................................................................................13 Teoría del universo pulsante..............................................................................................................................13 Formación del planeta Tierra .............................................................................................................................15 Teorías del origen de la vida ..................................................................................................................................16 Concepto de Vida ...............................................................................................................................................16 Teoría creacionista .............................................................................................................................................16 Teoría de la panspermia ....................................................................................................................................16 Teoría abiogenista..............................................................................................................................................16 Teoría Biogenista ...............................................................................................................................................18 Darwinismo ........................................................................................................................................................19 Teoría fisicoquímica de Oparin-Haldane............................................................................................................19
Los organismos pre celulares..............................................................................................................20
La evolución de las especies ...................................................................................................................................20 Principios de la evolución ..................................................................................................................................21 Teorías evolutivas ..............................................................................................................................................21
Creacionismo o Fijismo .......................................................................................................................21
Cuvierismo o Renovación catastrófica................................................................................................21
Teoría de la evolución adaptativa.......................................................................................................21
La teoría de Darwin-Wallace ..............................................................................................................22
Síntesis evolutiva moderna.................................................................................................................23
Genética de la evolución ....................................................................................................................................24 Ley de Hardy-Weinberg .....................................................................................................................................25 Fuentes de variabilidad ......................................................................................................................................25
Mutación .............................................................................................................................................25
Recombinación y reproducción sexual ...............................................................................................25
Migración ............................................................................................................................................26
Deriva genética ...................................................................................................................................27
Tipos o patrones de evolución ...............................................................................................................................27 Patrón divergente ..............................................................................................................................................27 Patrón convergente ...........................................................................................................................................27 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
Definición de estilo: Título 5: Fuente: Cursiva, Justificado, Sangría: Primera línea: 1 cm, Espacio Antes: 0 pto
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Patrón paralelo ..................................................................................................................................................27 Especiación .............................................................................................................................................................28 Adaptación y micro evolución ...........................................................................................................................29 Especiación y macro evolución ..........................................................................................................................29 Barreras de aislamiento reproductivo ...............................................................................................................30 Precigóticas ........................................................................................................................................................30
Las tres especies de elefantes que existen actualmente ...................................................................30
Poscigóticas ........................................................................................................................................................30 Extinción .................................................................................................................................................................31 FUNDAMENTOS DE LA MATERIA ................................................................................................................................33 Concepto ................................................................................................................................................................33 Materia...............................................................................................................................................................33 Propiedades de la materia .....................................................................................................................................33 Propiedades extensivas .....................................................................................................................................33 Propiedades intensivas ......................................................................................................................................33 Propiedades físicas.............................................................................................................................................33 Propiedades químicas ........................................................................................................................................34 Energía....................................................................................................................................................................34 El átomo .................................................................................................................................................................34 Modelo atómico .....................................................................................................................................................35 Modelo atómico de Dalton 1808-1810 ..............................................................................................................35 El modelo atómico de Thomson (modelo pudin de pasas) ...............................................................................35 El modelo atómico de Rutherford .....................................................................................................................35 Modelo atómico de Bohr Según Plac y Einstein ................................................................................................36 Composición atómica .........................................................................................................................................36 Moléculas ...........................................................................................................................................................37 Clasificación de la materia .................................................................................................................................37 Teoría cinético molecular ..................................................................................................................................37 Teoría Cinético – corpuscular. ...........................................................................................................................37 Cambios de estado de la materia ...........................................................................................................................38 Estados de agregación de la materia .................................................................................................................38 Cambios de estado progresivos .........................................................................................................................39 Cambios de estado regresivos ...........................................................................................................................40 Cambios químicos ..............................................................................................................................................40 BASES BIOMOLECULARES DE LA VIDA ........................................................................................................................41 Bioelementos .........................................................................................................................................................41 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Propiedades fisicoquímicas de los elementos biogenésicos .............................................................................41 Bioelementos primarios .....................................................................................................................................41 Bioelementos secundarios .................................................................................................................................42 Oligoelementos ..................................................................................................................................................42 Moléculas orgánicas ...............................................................................................................................................43 Carbohidratos ....................................................................................................................................................43
Monosacáridos ...................................................................................................................................43
Disacáridos ..........................................................................................................................................44
Polisacáridos .......................................................................................................................................45
Lípidos ................................................................................................................................................................45
Grasas neutras o lípidos simples. .......................................................................................................46
Fosfolípidos o lípidos compuestos. .....................................................................................................47
Esteroides o lípidos derivados ............................................................................................................47
Proteínas ............................................................................................................................................................48
Clasificación de las proteínas ..............................................................................................................49
Las enzimas .........................................................................................................................................50
Ácidos nucleicos .................................................................................................................................................51 Moléculas transportadoras de energía (ATP) ....................................................................................................53 Moléculas inorgánicas ............................................................................................................................................53 El agua ................................................................................................................................................................53 Vitaminas ...........................................................................................................................................................54
Vitaminas hidrosolubles .....................................................................................................................54
Vitaminas liposolubles ........................................................................................................................55
Sales minerales ..................................................................................................................................................55 ORGANIZACIÓN Y FUNCIÓN CELULAR ........................................................................................................................56 La Teoría celular .....................................................................................................................................................56 Características básicas de las células .................................................................................................................56 Características estructurales ..............................................................................................................................56 Características funcionales ................................................................................................................................57 Célula eucariota y procariota .................................................................................................................................57 Célula animal y vegetal ......................................................................................................................................58 Organelos celulares............................................................................................................................................59
Núcleo .................................................................................................................................................60
Nucléolo ..............................................................................................................................................60
Membrana plasmática ........................................................................................................................61
Mitocondria ........................................................................................................................................61
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Ribosomas...........................................................................................................................................62
Retículo endoplasmático liso (REL) .....................................................................................................62
Retículo endoplasmático rugoso (RER) ...............................................................................................63
Peroxisomas ........................................................................................................................................63
Aparato de Golgi .................................................................................................................................63
Vacuolas ..............................................................................................................................................64
Lisosomas............................................................................................................................................64
Cloroplastos ........................................................................................................................................65
Citoesqueleto......................................................................................................................................65
Centriolo .............................................................................................................................................66
Pili, flagelo y cilio ................................................................................................................................66
Funciones celulares ................................................................................................................................................66 Homeostasis .......................................................................................................................................................66 Transporte a través de la membrana celular .....................................................................................................67
Transporte pasivo ...............................................................................................................................67
Transporte activo ................................................................................................................................68
Transporte transcelular ......................................................................................................................69
Nutrición celular ................................................................................................................................................70 División o reproducción celular .............................................................................................................................71 El Ciclo celular ....................................................................................................................................................71 Mitosis................................................................................................................................................................72 Meiosis ...............................................................................................................................................................73 REPRODUCCION Y HERENCIA .....................................................................................................................................76 Antecedentes históricos de la herencia .................................................................................................................76 Conceptos Clave en genética .................................................................................................................................76 Gen: ....................................................................................................................................................................76 Rasgo o carácter.................................................................................................................................................76 Genotipo ............................................................................................................................................................76 Homocigoto........................................................................................................................................................76 Heterocigoto ......................................................................................................................................................76 Fenotipo .............................................................................................................................................................76 Dominante .........................................................................................................................................................76 Recesivo. ............................................................................................................................................................76 Leyes de Mendel ....................................................................................................................................................77 Primera ley o “Ley de la uniformidad de los caracteres” ..................................................................................78 Segunda Ley o “Principio de la Segregación” ....................................................................................................79 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Tercera Ley o “Cruzamiento de 2 caracteres independientes” .........................................................................80 GAMETOGÉNESIS ...................................................................................................................................................81 GENÉTICA, MEDICINA Y SOCIEDAD ............................................................................................................................83 Ingeniería genética y biotecnología .......................................................................................................................83 Tecnología del ADN recombinante ....................................................................................................................83 La secuenciación del ADN ..................................................................................................................................83 Reacción en cadena de la Polimerasa (PCR) ......................................................................................................84 Terapia génica ....................................................................................................................................................84 Transgénesis.......................................................................................................................................................84
Animales transgénicos ........................................................................................................................85
Clonación ................................................................................................................................................................85 Clonación natural ...............................................................................................................................................86 Clonación reproductiva ......................................................................................................................................86 Clonación terapéutica ........................................................................................................................................86 Nanotecnología ......................................................................................................................................................86 Aplicaciones .......................................................................................................................................................86 ANATOMIA, HISTOLOGIA Y FISIOLOGIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS ........................................................................88 Tipos de tejidos basicos..........................................................................................................................................88 Tejido epitelial....................................................................................................................................................88 Tejido conectivo .................................................................................................................................................88 Tejido muscular..................................................................................................................................................89 Tejido nervioso...................................................................................................................................................90 Sistema Cardiovascular ..........................................................................................................................................90 Circulación mayor ..............................................................................................................................................93 Circulación menor ..............................................................................................................................................93 Ciclo cardíaco .....................................................................................................................................................94 Sistema cardionector .........................................................................................................................................95 Presión arterial sistémica ...................................................................................................................................96 Presión arterial pulmonar ..................................................................................................................................96 APARATO GENITOURINARIO ..................................................................................................................................97 Aparato genital masculino y femenino ..............................................................................................................97 APARATO URINARIO ...............................................................................................................................................97 Riñones ..............................................................................................................................................................97
Cálices Mayores, Menores y Pelvis Renal ...................................................................................................98
Uréteres .............................................................................................................................................................98 Vejiga .................................................................................................................................................................99 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Uretra .................................................................................................................................................................99 Filtración glomerular y formación de orina .....................................................................................................100 Aparato respiratorio .............................................................................................................................................100 Ventilación y respiración..................................................................................................................................100 Fosas nasales....................................................................................................................................................102 Faringe .............................................................................................................................................................103 Laringe..............................................................................................................................................................103 Traquea ............................................................................................................................................................104 Bronquios .........................................................................................................................................................104 Bronquilos ........................................................................................................................................................105 Aparato digestivo .................................................................................................................................................106 Generalidades ..................................................................................................................................................106 Boca..................................................................................................................................................................106 Faringe .............................................................................................................................................................107 Esófago .............................................................................................................................................................108 Estómago .........................................................................................................................................................108 Intestino Delgado .............................................................................................................................................109 Intestino Grueso ..............................................................................................................................................109
Glándulas Salivales............................................................................................................................110
Hígado ...............................................................................................................................................110
Páncreas............................................................................................................................................111
Aparato osteomuscular....................................................................................................................................111 Aparato tegumentario .....................................................................................................................................114 Aparato reproductor: masculino y femenino ..................................................................................................114 Sistema endócrino ................................................................................................................................................115 SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Y AUTONOMO .....................................................................................................116 Encéfalo............................................................................................................................................................116
Telencéfalo (cerebro)........................................................................................................................117
Comisuras interhemisfericas ............................................................................................................117
Romboencéfalo.................................................................................................................................117
Bulbo raquídeo .................................................................................................................................118
Protuberancia anular o puente de Varolio .......................................................................................118
Cerebelo............................................................................................................................................118
Medula espinal .................................................................................................................................118
Sistema nervioso autónomo ............................................................................................................................118 Meninges .........................................................................................................................................................119 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Duramadre ........................................................................................................................................120
Piamadre ...........................................................................................................................................120
Aracnoides ........................................................................................................................................120
Líquido cefalorraquídeo ...................................................................................................................................120 Irrigacion del encéfalo .....................................................................................................................................120 SISTEMA INMUNE Y HEMATOPOYÉTICO ..............................................................................................................121 Linajes celulares ...............................................................................................................................................121
Eritrocitos..........................................................................................................................................121
Leucocitos .........................................................................................................................................121
Granulocitos......................................................................................................................................121
Neutrófilos: ...........................................................................................................................................121
Eosinófilos: ............................................................................................................................................122
Basófilos: ...............................................................................................................................................122
Agranulocitos: ...................................................................................................................................122
Linfocitos:..............................................................................................................................................122
Monocitos: ............................................................................................................................................122
Plaquetas ..........................................................................................................................................122
Formación de las células sanguíneas ...............................................................................................................123 Sistema inmunológico ..........................................................................................................................................123
Sistema inmunitario innato ..............................................................................................................124
Sistema inmunitario adquirido .........................................................................................................124
Hipersensibilidad ..............................................................................................................................125
ORGANOS DE LOS SENTIDOS................................................................................................................................126 El sentido del olfato .........................................................................................................................................126 Sentido del tacto ..............................................................................................................................................126 SENTIDO DE LA VISION.....................................................................................................................................127
Constitución del globo ocular ...........................................................................................................127
Continente del globo ocular .............................................................................................................127
Contenido del globo ocular ..............................................................................................................................127 Aparato de la audición .....................................................................................................................................128
Oído interno......................................................................................................................................128
Oído medio .......................................................................................................................................128
Oido externo .....................................................................................................................................128
Sentido del gusto .............................................................................................................................................129 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA ..................................................................................................................130 Niveles de organización ...................................................................................................................................130 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Reinos de la Biología ........................................................................................................................................131
Clasificación ......................................................................................................................................131
BIOLOGIA ANIMAL................................................................................................................................................132 Sistema circulatorio de los animales................................................................................................................132
Sistema circulatorio abierto..............................................................................................................132
Sistema circulatorio cerrado .............................................................................................................133
Sistemas Ambientales ..........................................................................................................................................133 Sistemas de sustentación de la vida en la tierra ..................................................................................................134 Atmósfera ........................................................................................................................................................135
Gases permanentes ..........................................................................................................................135
Gases variables .................................................................................................................................136
Hidrósfera ........................................................................................................................................................137 Ciclo del Agua...................................................................................................................................................137 Geósfera ...........................................................................................................................................................138 Biosfera ............................................................................................................................................................139 Crecimiento regulación y cambio poblacional .....................................................................................................139 Interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema ..................................................................................139
Asociaciones intraespecíficas ...........................................................................................................139
Asociaciones interespecíficas ...........................................................................................................140
Ecosistemas ..........................................................................................................................................................141 Tipos de Biomas ...............................................................................................................................................142 Factores bióticos ..............................................................................................................................................143 Flujo de energía ...............................................................................................................................................145
El Sol: fuente de energía para la vida ...............................................................................................145
Cuantificación de los flujos de energía .............................................................................................147
Flujo de energía en los ecosistemas .................................................................................................147
Ciclamiento de materia ....................................................................................................................................148
Ciclos biogeoquímicos ......................................................................................................................148
Recursos naturales ...............................................................................................................................................151 Cambio climático y el hombre ..............................................................................................................................153 Causas naturales ..............................................................................................................................................155
Las temperaturas: .............................................................................................................................155
Tectónica de placas:..........................................................................................................................155
Actividad volcánica: ..........................................................................................................................155
Causas artificiales .............................................................................................................................155
Riesgos ambientales y planes de contingencia en Ecuador .................................................................................156 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Plan de contingencia ante diferentes desastres naturales en el Ecuador .......................................................157 MATERIA Y ENERGIA .................................................................................................................................................159 Procesos metabólicos en los seres vivos ..............................................................................................................159 Respiración celular ...........................................................................................................................................159 Glicolisis ...........................................................................................................................................................160 Ciclo de Krebs ...................................................................................................................................................161 Cadena de transporte de electrones ...............................................................................................................162 Fotosíntesis ......................................................................................................................................................163
Fase luminosa o fotoquímica ............................................................................................................163
Fase oscura o sintética......................................................................................................................164
QUIMICA ...................................................................................................................................................................166
Número cuántico principal, n: ..........................................................................................................168
Número cuántico secundario, l:........................................................................................................169
Número cuántico magnético, m: ......................................................................................................170
Número cuántico del spin, s: ............................................................................................................170
DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA...........................................................................................................................171
Principio de exclusión de Pauli .........................................................................................................171
Población electrónica .......................................................................................................................171
Principio de desarrollo de la Energía: ...............................................................................................172
BLOQUES ..........................................................................................................................................................172 PROPIEDADES PERIÓDICAS ..................................................................................................................................173 Densidad ..........................................................................................................................................................173 Radio atómico ..................................................................................................................................................174 Radio iónico .....................................................................................................................................................174 Volumen atómico.............................................................................................................................................174 Energía o potencial de ionización ....................................................................................................................174 Electroafinidad o afinidad electrónica: ............................................................................................................174 Electronegatividad ...........................................................................................................................................174 Estados de oxidación ............................................................................................................................................175 NOMENCLATURA INORGÁNICA ...........................................................................................................................176
Nomenclatura común ...............................................................................................................................176
Nomenclatura sistemática ........................................................................................................................176
Nomenclatura Stock .................................................................................................................................176
Compuestos Binarios ............................................................................................................................................176 Hidruros o hidruros metalicos .........................................................................................................................177 Compuestos especiales ....................................................................................................................................177 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Hidruros no metálicos o ácidos hidrácidos ......................................................................................................178 Sales halogenas neutras (sales) .......................................................................................................................178 TIPO SAL (SALOIDE): .........................................................................................................................................179 Óxidos ..............................................................................................................................................................179
Básicos: .............................................................................................................................................179
Ácidos (anhídridos) ...........................................................................................................................180
Peróxidos .........................................................................................................................................................180 Óxidos salinos o mixtos:...................................................................................................................................181 COMPUESTOS TERNARIOS ...................................................................................................................................181 Hidróxidos ........................................................................................................................................................181 Oxácidos u oxoácidos: ......................................................................................................................................182 Oxácidos de metales: .......................................................................................................................................183 Oxosales u oxisales neutras: ............................................................................................................................183 Ecuaciones químicas.............................................................................................................................................184 Ley de conservación de la masa.......................................................................................................................184 Ley de proporciones definidas .........................................................................................................................185 Subíndices y coeficientes estequiométricos ....................................................................................................185 Balance de ecuaciones .........................................................................................................................................185 Método por Tanteo..........................................................................................................................................185 Método Algebraico ..........................................................................................................................................186 Método Redox (Óxido – Reducción) ................................................................................................................187 ESTEQUIOMETRÍA ................................................................................................................................................188 Masa atómica y Avogadro ...............................................................................................................................188 Calculo de la masa molecular ..........................................................................................................................189 Fórmulas químicas ...........................................................................................................................................189 Cálculos con ecuaciones ..................................................................................................................................191 Reactivo limitante y reactivo en exceso ..........................................................................................................191 Rendimiento de reacción .................................................................................................................................192 Enlaces químicos ..................................................................................................................................................193 Fuerzas de interacción molecular ....................................................................................................................195 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN..........................................................................................................................195 UNIDADES FÍSICAS ................................................................................................................................................195 Porcentaje referido a la masa (%m/m) ............................................................................................................195 Porcentaje referido al volumen (%v/v) ............................................................................................................195 Porcentaje masa-volumen (%m/v) ..................................................................................................................195 UNIDADES QUÍMICAS ......................................................................................................................................196 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Molaridad (M) ..................................................................................................................................................196 Molalidad (m)...................................................................................................................................................196 Normalidad (N) ................................................................................................................................................196 PREGUNTAS DE REPASO ...........................................................................................................................................197 BIBLIOGRAFÍA: ..........................................................................................................................................................208
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ORIGEN DEL UNIVERSO VIDA Y ESPECIES Teorías sobre el origen del universo
(National Geographic, 2017). Origen del universo.
La astronomía es la parte de la ciencia que estudia todo lo que se encuentra más allá de la atmósfera de la Tierra. Se ocupa tanto de la naturaleza de los objetos que pueblan el espacio, los astros, procesos físicos y químicos que tienen lugar en ellos, así como de los movimientos y sus causas. La cosmología es la parte de la astronomía cuyo objeto de estudio es el universo en su totalidad. Se ocupa de proporcionarnos información sobre cómo es el Universo en la actualidad, cómo fue en el pasado, su origen y evolución y cuál será su futuro. El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse hacia el año 1700 con la propuesta de que la Vía Láctea es un sistema de estrellas. El universo contiene cientos de miles de millones de galaxias. Una de ellas es la nuestra, llamada Vía Láctea, contiene 300.000 millones de estrellas. Una de estas es el Sol. El Sol es una gigantesca bola de gas de la que provienen la luz y el calor necesarios para la vida. Es la estrella que se encuentra más cerca de nosotros. Además, la cosmología moderna propone que pueden existir otros sistemas similares al nuestro. El universo o cosmos es el conjunto de toda la materia y energía existente y el espacio en el que se encuentran. La parte que podemos observar o deducir de él se denomina universo observable. Se ha calculado que el universo tiene una antigüedad de 13 700 millones de años. Para medir sus dimensiones se utiliza una unidad denominada año luz, que corresponde al espacio recorrido por la luz en un año. La velocidad de la luz es 300 000 km/s. Para ir desde la Tierra al extremo del universo observable se deberían recorrer 46 500 millones de años luz. Dicho de otro modo, a la velocidad de la luz se tardaría 46 500 millones de años en llegar.
Composición del universo Se considera que el universo está constituido por un 74 % de energía oscura, un 22 % de materia oscura y un 4% de átomos que componen la materia observable. La energía oscura es similar a la energía gravitatoria, pero de sentido contrario, ya que provoca la repulsión entre partículas. La existencia de la energía oscura se dedujo en 1998 al descubrirse que el universo se encontraba en expansión, en lugar de frenarse por acción de la gravedad.
Jorge
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La materia oscura no puede observarse debido a que no emite ni refleja suficiente radiación electromagnética y su composición se desconoce. Su existencia se ha deducido a saber que la masa de las galaxias era mucho mayor que la suma de la masa de todas sus estrellas. Los átomos que constituyen la materia observable son, básicamente, los átomos de hidrógeno (75 %) y los átomos de helio (25 %). El resto de los átomos (hierro, carbono, nitrógeno, cobre, oxígeno, etc.) se encuentran en un porcentaje mínimo. Estos últimos se originan en pequeñas cantidades al explotar las estrellas de gran masa y se esparcen por el espacio.
La teoría de la gran explosión (Big Bang) Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía y la materia existentes. La elaboración de esta teoría la inició Einstein, en 1917. Se partió de la hipótesis de que, en el universo, la distribución de la materia era uniforme y que no cambiaba de forma con el tiempo (universo en equilibrio). Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica. Según Gamow, el huevo cósmico (producto de la gran explosión) estaba constituido por neutrones que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir de los cuales se crearon los demás elementos.
Teoría del estado estacionario Esta teoría fue presentada entre 1948 y 1950 por los astrónomos H. Bondi, T. Gold y F. Hoyle. Según esta hipótesis, el universo es uniforme en todo el espacio y no varía en el tiempo. Aunque el universo se expande, su densidad se mantiene constante gracias a que continuamente se crea nueva materia. El debate entre los seguidores de la teoría del Big Bang y los seguidores de la teoría del estado estacionario se decantó hacia los primeros a partir de los siguientes descubrimientos: la distribución de las radiofuentes celestes, los cuásares, la radiación de fondo y la proporción de átomos de hidrógeno y helio.
Teoría del universo pulsante ¿Continuará expandiéndose el universo en el futuro o llegará un momento en el que se contraerá? Para responder a esta cuestión se han propuesto dos posibles modelos: Universo abierto: a partir de la gran explosión, el universo continuaría expandiéndose indefinidamente. Universo cerrado: la fuerza de la gravedad frenaría la actual expansión del universo y provocará su contracción hasta llegar a formar un nuevo huevo cósmico que, de nuevo, volvería a estallar y daría lugar a un nuevo universo expansivo. Las sucesivas explosiones (Big Bang) y contracciones (Big Crunch), llamadas pulsaciones, se repetirían eternamente.
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Resumen de los momentos más importantes en la historia del Universo. Datos en el tiempo: Cero (o casi)
•El Universo se inicia y da origen al espacio, tiempo, radiación y materia. No sabemos que ocurría antes e inclusive si tiene sentido plantearse la pregunta. La etapa inflacionaria separa las cosas de manera violenta. Tres minutos
•Los procesos entre los núcleos de materia (la nucleosíntesis) terminan, quedando el universo formado mayormente de hidrógeno y helio. Trescientos mil años
•El universo se ha enfriado lo suficiente para que los electrones libres se junten con los núcleos, en la llamada Era de la Recombinación. La materia y la radiación se desacoplan y cada una evoluciona por su lado, si bien comparten el mismo espacio. La radiación cósmica de fondo que observamos hoy se produce en esta época. Mil millones de años
•Las pequeñas inhomogenidades del universo joven se han amplificado lo suficiente por la atracción gravitacional como para que se formen las primeras estrellas y galaxias. La radiación de estas estrellas vuelve a separar a los electrones de sus núcleos (la llamada era de la reionización). Al morir, estas estrellas explotan como supernovas y enriquecen el espacio con elementos como el carbón y el oxígeno, indispensables para la vida. Las siguientes generaciones de estrellas se formaron de un material distinto al material del cual se formaron las primeras estrellas. Nueve mil millones de años
•Se forma el Sol y a su alrededor los planetas, entre ellos la Tierra. Catorce mil millones de años •El presente, los seres humanos solo tenemos alrededor de dos millones de años de estar presentes en el universo, una parte pequeñísima en la vida de este.
Formación del planeta Tierra La Tierra estaba inicialmente muy caliente y sin atmósfera. Con el transcurso del tiempo se enfrió y adquirió una atmósfera mediante la emisión de gases de las rocas. En esa atmósfera primitiva no habríamos podido sobrevivir. No contenía nada de oxígeno, sino una serie de otros gases que son venenosos para nosotros, como el sulfuro de hidrógeno (el gas que da a los huevos podridos su olor característico). Hay, no obstante, otras formas de vida primitivas que sí podrían prosperar en tales condiciones. Se piensa que estas se desarrollaron en los océanos, posiblemente como resultado de combinaciones al azar de átomos en grandes estructuras, llamadas macromoléculas, las cuales eran capaces de reunir otros átomos del océano para formar estructuras similares. Entonces, estas se habrían reproducido y multiplicado. En algunos casos habría errores en la reproducción. La mayoría de esos errores habría sido tal que la nueva macromolécula no podría reproducirse a sí misma y con el tiempo habría sido destruida. Sin embargo, unos pocos de esos errores habrían producido nuevas macromoléculas que serían incluso mejores para reproducirse a sí mismas. Estas habrían tenido, por tanto, ventaja y habrían tendido a reemplazar a las macromoléculas originales. De este modo, se inició Jorge
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un proceso de evolución que conduciría al desarrollo de organismos auto reproductores cada vez más complicados. Las primeras formas primitivas de vida consumirían diversos materiales, incluyendo sulfuro de hidrógeno y desprenderían oxígeno. Esto cambió gradualmente la atmósfera hasta llegar a la composición que tiene hoy día y permitió el desarrollo de formas de vida superiores, como los peces, reptiles, mamíferos y, por último, el humano.
(Scijinks, 2017). Evolución atmosférica.
Teorías del origen de la vida Concepto de Vida Resulta complejo definir el concepto de vida, existen varios de tipo fisiológico, filosófico y religioso que podrían corresponder a su definición. Se puede afirmar de una manera general que la vida es el estado de actividad de un organismo que permite su crecimiento, irritabilidad, metabolismo, reproducción y su interrelación con el medio. Dado que pueden encontrarse aspectos similares entre seres vivos e inertes, especialmente en su composición química, es necesario analizar la organización peculiar de la materia en los seres vivos.
Teoría creacionista Abarca el relato de la creación, el cual puede variar de acuerdo a los aspectos culturales del grupo humano. El principio general es que un ser supremo o “poder sobrenatural” ha creado todo lo que existe.
Teoría de la panspermia Planteada por Svante Arrhenius en 1908, explica que la vida se originó en la tierra proveniente del espacio por un cuerpo celeste, meteorito que actuaría como “espora de vida”. El debate sobre su factibilidad se basa en que no explica el origen de la vida como tal, sino solo la llegada de esta a nuestro planeta.
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Teoría abiogenista
(Scijinks, 2017). Van Helmont proponía la creación de ratones a partir de materia inerte.
También llamada generación espontánea, sostiene que los seres vivos se forman a partir de la materia inerte. El primero en tratarla fue Aristóteles (384-322 a. C.) quien sostenía que del barro se generaban las anguilas de las ranas, de la carne en putrefacción, los gusanos y las moscas, etcétera. Según Aristóteles, el cambio de la materia inerte a materia viva sucedía por acción de la entelequia (pre concepto del alma). Bajo esta premisa se originaría la corriente del vitalismo. El vitalismo promulgaba la creación a partir del soplo divino o aliento de vida. Incluso se llegaron a proponer fórmulas para obtener seres vivos. Así, Johann Van Helmont (1577- 1644), médico holandés, afirmó en 1667 que para conseguir ratones bastaba con envolver granos de trigo en una camisa sucia y sudada y esperar unos 21 días. Para comprobar sus ideas, los naturalistas experimentaban a través de la observación. Francesco Redi (1626-1697) sometió a experimentación la abiogénesis. Para la época, el pensamiento general era que los gusanos se originaban a partir de la materia en descomposición. Redi colocó en el interior de dos frascos materia orgánica en descomposición, uno lo tapo con tela fina y al otro lo dejó a la intemperie. Después de varios días, el frasco descubierto tenía varios gusanos dentro, mientras que el frasco tapado no. Este experimento concluyó que «los gusanos de la carne no se originan espontáneamente de la materia muerta, sino que se forman a partir de moscas que ponen sus huevos en la carne» (Redi, 1684).
(Scijinks, 2017). Experimento de Redi, frasco descubierto a la derecha, frasco cubierto a la izquierda. Solo el frasco a la intemperie se llenó de gusanos.
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Posteriormente, Anthony Van Leeuwenhoek (1632-1723), inventor del microscopio, comunicó que había observado organismos microscópicos vivos en el agua de lluvia que había recogido en su tejado. Esto llevó a que algunos científicos admitieran la posibilidad de que los microorganismos se originasen por generación espontánea. En 1745, J. T. Needham (1713-1781) realizó varios experimentos con botellas, en ellas introdujo tejidos vegetales y animales y los calentó. Varios días después observó la aparición de microorganismos, lo que le llevó a defender la hipótesis de la generación espontánea de los microbios.
Teoría Biogenista
(Scijinks, 2017). Experimento de Pasteur, el matraz contenía un caldo estéril; por el cuello curvo circula el aire, pero los microorganismos quedan atrapados. El matraz con el cuello roto o inclinado permite el contacto con los microorganismos.
Años después, en 1769, Lazzaro Spallanzani (1729-1799) criticó el experimento de Needham aduciendo que los caldos de cultivo no habían hervido lo suficiente, repitió el experimento y demostró que, si se impedía la entrada de aire en los frascos calentados, no aparecían microbios. Los vitalistas de la época argumentaron que, debido a la falta de aire, no aparecían los microbios. Por tanto, la controversia entre defensores y detractores de la generación espontánea seguía abierta. En 1862, el francés Louis Pasteur (1822-1895) realizó un experimento similar al que efectuó Redi doscientos años antes, demostró que la teoría de la generación espontánea de la vida era falsa. Pasteur explicó que los microorganismos y las esporas de hongos que contenía el aire se depositaban continuamente sobre los objetos y estos serían los causantes de la descomposición de cadáveres o materia orgánica expuesta. En conclusión, la teoría Biogenista postula que “todo ser vivo procede de otro preexistente”.
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Darwinismo Charles Darwin, naturalista inglés, dedicó su trabajo al estudio de la evolución, aunque no abordó directamente el tema del origen de la vida, de manera implícita se refiere a este con el siguiente argumento: “Con frecuencia se dice que las condiciones necesarias para la aparición de los primeros organismos vivos se cumplen en el presente y siempre se han cumplido. Pero si (¡y que gran sí!), se puede imaginar que, en algún mar caliente dotado de todo tipo de sales amoniacales y fosfóricas, en presencia de calor, luz y electricidad, etcétera, haya podido formarse químicamente un compuesto proteico capaz de soportar modificaciones complejas, tal compuesto sería en nuestros días, de inmediato devorado o absorbido, lo que no ha podido ser el caso antes de la formación de los seres vivos” (Darwin, 1921)
Teoría fisicoquímica de Oparin-Haldane En 1924, el bioquímico ruso Alexander Oparin publicó el libro titulado El Origen de la vida, dando una teoría detallada según la cual los compuestos orgánicos necesarios para la vida se habrían originado de materia inorgánica de forma abiótica. De acuerdo con Oparin, para que la vida se origine fueron determinantes las condiciones atmosféricas primitivas: cuando la Tierra se formó, esta atmósfera carecía de oxígeno (O2) y era abundante en compuestos como el metano (CH4) y el amoniaco (NH3). También apuntó que las condiciones físicas del ambiente (altas temperaturas por la actividad volcánica, la intensa radiación solar y la actividad eléctrica habrían facilitado las reacciones químicas que produjeron las primeras reacciones. En 1929, el inglés John. B. S. Haldane llegó a unas conclusiones similares a las de Oparin, por lo que se suele hablar de la teoría de Oparin-Haldane. Oparin, además, propuso que producto de estas reacciones se habrían formado estructuras llamadas coacervados, los cuales dieron origen a las formas precelulares que más tarde formarían a los organismos celulares. En 1953, los norteamericanos Stanley L. Miller y Harold C. Urey realizaron una serie de experimentos donde simularon las características de la Tierra primitiva. Emplearon un sistema de vidrio esterilizado dentro del cual colocaron compuestos básicos como agua, metano, hidrógeno y amoniaco. El aparato estaba sellado de forma hermética y como fuente de electricidad contaba con electrodos que emitían descargas. Después de una semana, obtuvieron compuestos complejos como aminoácidos, urea, ácidos grasos y ácido acético.
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(Scijinks, 2017). Experimento de Miller y Urey. Aparato en que se simularon las condiciones de la Tierra primitiva.
Los organismos pre celulares Oparin propuso que en la Tierra primitiva se fueron produciendo moléculas complejas y, al mismo tiempo, estructuras que contenían a estas moléculas. Las que se mencionan son las precélulas o protobiontes. Estas comprenden: Coacervados: son sistemas pre celulares experimentales (obtenidos en laboratorio) que se originan a partir de la mezcla de sustancias básicas como hidratos de carbono, proteínas y ácidos nucleicos. Se encuentran como gotas suspendidas en medio líquido, por diferencia de cargas atraen macromoléculas presentes en el medio. Tienen capacidad de crecer (aumentar su tamaño) y cuando alcanzan cierta dimensión, se auto fragmentan en estructuras hijas.
(Scijinks, 2017). Estructura del coacervado según Oparin.
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Microesférulas de Fox: Sidney Fox, en 1964, propuso un modelo de sistemas precelulares a las que llamó microesférulas proteicas. Fox obtuvo estas estructuras al calentar aminoácidos en seco para formar proteínas, después las hidrató y mezcló para formar una solución de proteinoides. Al igual que los coacervados, estas pueden Washington
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aumentar su tamaño, son capaces de absorber sustancias y pueden formar yemas parecidas a las levaduras.
La evolución de las especies Principios de la evolución La evolución biológica es un proceso de cambio en el genoma de las poblaciones a través del tiempo. Este cambio es heredable de generación en generación y se da en respuesta a los cambios en el ambiente y la necesidad de las entidades biológicas de adaptarse para perpetuarse.
Teorías evolutivas Creacionismo o Fijismo Basada exclusivamente en los datos expuestos por las traducciones bíblicas, interpretadas en el sentido de la creación como obra de un ser supremo durante siete días, de manera que todo ocupa un lugar predeterminado en la naturaleza. No es propiamente una explicación al proceso evolutivo sino al origen de la vida como tal. Cuvierismo o Renovación catastrófica Surge en el siglo XIX por obra del francés George Cuvier tras el estudio de estratos geológicos y fósiles de la región de París-France. Cuvier propuso que eventos catastróficos naturales ocurrían periódicamente. De esta forma, extinguían las formas vivientes y estas se veían sustituidas por una nueva creación, la cual era formada por organismos más evolucionados. Propone la idea de la extinción. Teoría de la evolución adaptativa En 1809, Jean Baptiste Lamarck, naturalista francés, postuló su teoría para explicar los cambios evolutivos, basándose en tres postulados: -
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Automejoramiento de las especies: el deseo individual de cada ser vivo hace que este cambie por deseo o voluntad propia, a fin de adaptarse al entorno cambiante. Uso y desuso de órganos: Las estructuras que el organismo no necesita tienden a atrofiarse (reducirse), mientras que aquellas que son utilizadas tienden a desarrollarse. Herencia de los caracteres adquiridos:
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(Griffiths, Miller, Suzuki, Lewontin, & Gelbart, 1995). Evolución de la jirafa según Lamarck.
Según Lamarck, la adaptación de un carácter podía ser adquirido por un individuo como respuesta al ambiente, esta adaptación en el individuo adulto podría ser heredada a sus descendientes. La teoría de Darwin-Wallace Charles Darwin, naturalista inglé,s considerado como uno de los revolucionarios en el pensamiento biológico, promulgó su teoría evolutiva basada en observaciones realizadas en el ámbito naturalista. Para 1831, a los 22 años, realizó un viaje alrededor del mundo durante 5 años en el buque Beagle. De varios lugares que recorrió la expedición, Darwin observó que en la región de las islas Galápagos (frente a la costa del Ecuador) existía un grupo de aves pequeñas denominadas pinzones (ver imagen: Los pinzones de Galápagos) que mostraban morfologías variadas de acuerdo al tipo de alimentación del entorno que poblaban. Dichas especies observadas no habían sido documentadas en ningún otro lugar del mundo en hallazgos anteriores. La explicación que Darwin planteó fue que estas aves volaron desde el continente hacia las islas y dado que su longitud de vuelo es corta, radicaron allí. Al cabo de cierto tiempo, en generaciones posteriores, surgieron modificaciones al azar en cada población de pinzones y cada una se constituyó en una especie diferente con adaptaciones específicas a su hábitat.
(Pearson Education). Los pinzones de Galápagos.
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Las adaptaciones microevolutivas en las poblaciones de pinzones que se adaptaban a nichos distintos eventualmente divergieron suficiente hasta el punto de la especiación y el cambio macroevolutivo. En 1836, Darwin revisó un artículo del economista Thomas Maltus, quien afirmaba que la población humana crecía en progresión geométrica mientras que las fuentes de alimento en el planeta lo hacían en progresión aritmética; es decir, la población crece a un paso más acelerado que los recursos alimentarios del entorno. De esta forma, Maltus postula que, en cierto punto, el crecimiento poblacional se tornaría estático y podría suponer una lucha por la supervivencia. Basándose en esta premisa, Darwin supuso que esta teoría no solo sería aplicable a la especie humana, sino también a grupos específicos de organismos que conviven en un ambiente común y serían los factores ambientales como la falta de alimentos los que controlen su desarrollo y, por ende, su permanencia en el entorno. En 1844, Darwin escribió un ensayo donde formuló su hipótesis sobre la evolución, aunque no lo publicó. En 1858, recibió una carta del naturalista Alfred Wallace quien realizó estudios observacionales en el archipiélago de Malasia. Wallace formuló su teoría basado en que las especies evolucionaban por selección natural. En 1859, Charles Darwin publicó su libro Acerca del origen de las especies por medio de la selección natural. En 1871, publicaría La descendencia del hombre, en este hablaría sobre la evolución del ser humano, criticando al creacionismo, al sostener que la especie humana había evolucionado de primates homínidos. Podemos afirmar, entonces, que la teoría de la selección natural de Darwin se basa en los siguientes postulados: Variación: los organismos varían su estructura al azar. Sobreproducción: al reproducirse, un organismo puede generar más descendencia de la que puede ser viable, es decir, las crías no suelen llegar a la madurez. Lucha por la existencia o principio de supervivencia: en un hábitat compartido, al existir varios individuos y un número escaso de recursos, se establece entre ellos una lucha por la supervivencia. Supervivencia del más apto: el medio ambiente selecciona a los individuos mejor adaptados para sobrevivir, es decir, aquellos con las mejores cualidades llegarán a la madurez, se reproducirán y heredarán sus genes; en cambio, aquellos que no las presenten serán eliminados. Herencia de las variaciones favorables: solo los organismos adaptados pueden reproducirse y transmitir estos rasgos a su progenie. Especiación: en varias generaciones, algunos rasgos tienden a heredarse y otros no, de esta forma, se originan nuevas especies que son distintas a las originales. Síntesis evolutiva moderna Ernst Mayr, Julian Huxley, George Simpson y Theodosius Dobzhansky, reformularon de forma independiente la teoría evolutiva de Darwin entre 1920 y 1930, a esta nueva propuesta se la denominó síntesis moderna o Teoría sintética de la evolución. Se basa en la conexión entre la selección natural, la teoría de la mutación y la herencia mendeliana en una teoría unificada que se aplicaba generalmente a cualquier rama de la biología. Los postulados que la definen son:
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Los cambios evolutivos se explican por la acción de la selección natural y de la variación genética. La especiación está basada en procesos genéticos.
La síntesis moderna explicó los patrones observados a través de las especies en las poblaciones, a través de transiciones fósiles en la paleontología y los mecanismos celulares en la biología del desarrollo. La publicación de la estructura del ADN por James Watson y Francis Crick, en 1953, demostró un mecanismo físico para la herencia que avalaba los postulados de Darwin.
Genética de la evolución El proceso evolutivo depende de la existencia previa de diversidad, que pueda ser heredada y que pueda dar más variedad y que, a su vez, sea útil como ventaja de adaptación en situaciones ambientales favorables o adversas. La unidad básica sobre la que actúa la evolución es la población. La población se define como un conjunto de individuos de una misma especie, que viven en un área determinada, están sometidos a las mismas condiciones ambientales, comparten ancestros en común y que generan progenie entre ellos (intercambio de genes). Esta población se mantiene constante en número de individuos a través del tiempo y posee un acervo o fondo de genes que la caracteriza, a este último se lo conoce como reserva genética. Este fondo puede ser modificado, es decir, pueden introducirse nuevas versiones de los genes por mutaciones de los genes preexistentes, los genes se distribuyen durante la recombinación meiótica (durante el apareamiento de los pares cromosómicos homólogos) misma que se aplica durante la reproducción sexual al existir conjugación de gametos masculinos y femeninos. Se eliminan o mantienen versiones existentes por mecanismos como la selección natural que se encarga de eliminar las más perjudiciales y conservar las más favorables o en el caso de poblaciones menores, el proceso puede ser aleatorio, algo que se conoce como flujo genético.
(Purves, Sadava, & Heller, 2004).Ley de Hardy-Weinberg, el gen p y el gen q codifican cada uno un alelo diferente.
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Ley de Hardy-Weinberg También llamada Ley de distribución de frecuencias genotípicas, explica el comportamiento de los cambios genéticos en una población. La ley sostiene que las frecuencias genéticas de una población permanecerían constantes a través de generaciones sucesivas, siempre y cuando se cumplan cuatro condiciones: a) b) c) d)
La población debe ser muy grande. No debe haber mutaciones. No debe haber migraciones. La reproducción es aleatoria.
Esta ley solo se aplica en condiciones ideales, el cumplir los cuatro postulados implicaría que no existe flujo genético, por lo tanto, esta población no evoluciona.
Fuentes de variabilidad La materia prima de la evolución son las variaciones heredables por reproducción sexual y estas se originan por dos procesos: mutación y recombinación genética. Cuando una población cumple con la Ley de Hardy-Weinberg se mantiene en equilibrio, de esta forma, su fondo o reserva genética se ve inalterado. Cuando una o varias condiciones se alteran, la evolución es viable. Estos cambios son el resultado de cuatro factores: mutación, recombinación genética, migración, selección natural y deriva genética. Mutación Se define como cualquier cambio al azar que ocurre en el genoma (material genético) de un organismo. Los principales tipos son las mutaciones puntuales (en un gen específico) y las cromosómicas (ausencia, aumento, translocación, inserción, dilección). La mutación aleatoria de las bases nucleotídicas de los genes o de grandes partes del genoma es el origen primordial de la variación genética. La mayoría de las mutaciones son neutras, es decir, no significan una ventaja o una desventaja evolutiva. Las mutaciones cromosómicas en la mayoría de casos son perjudiciales, ya sea que disminuyen la capacidad del organismo de sobrevivir en el medio o lo incapacitan totalmente impidiendo su reproducción y asegurando la calidad del material genético heredado. Por otro lado, un pequeño porcentaje de las mutaciones resulta en una ventaja evolutiva real que hace que el individuo mejore sus posibilidades de sobrevivir, reproducirse y así heredar sus genes a la siguiente generación. Recombinación y reproducción sexual Es la combinación nueva de genes en la descendencia de individuos a través de la reproducción sexual. Por este proceso se crean nuevas versiones de los genes (alelos) en los individuos, tomando en cuenta que el número de alelos existentes en una especie es enorme, la reproducción sexual generará combinaciones únicas, haciendo imposible que exista otro individuo con un genoma similar al de otro. La reproducción sexual favorece la recombinación durante la meiosis, en este proceso los cromosomas homólogos heredados de los progenitores se entrecruzan y transponen secciones de ADN entre ellos, produciendo varias combinaciones de genes; de esta forma, las especies
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cuya reproducción es sexual o dioica, heredan cromosomas con diferentes configuraciones a cada uno de sus hijos, incrementando la variabilidad entre especies.
(Purves, Sadava, Orians, & Heller, 2004) Esquema del entrecruzamiento entre 2 cromosomas homólogos, se puede apreciar que la recombinación produce en los cromosomas resultantes formas únicas.
Migración Se la define como el “movimiento de individuos dentro o hacia fuera de la población”. Los procesos migratorios pueden introducir nuevos genes en las poblaciones cambiando el fondo genético y proporcionando nuevo material para el proceso evolutivo. Generalmente este proceso favorece la adaptación de los individuos y su prevalencia a través del tiempo, dado que asegura el incremento de la diversidad genética, aunque genes nocivos también pueden ser traídos por procesos migratorios. Este movimiento e intercambio de genes entre grupos se conoce como flujo genético. Lo más común es el flujo genético entre individuos de la misma especie. Sin embargo, en algunos casos, la introducción de nuevos genes puede ocurrir entre diferentes especies emparentadas creando híbridos que pueden resultar o no beneficiados evolutivamente. La migración de individuos de la población A promueve una variación en el fondo genético de la población B.
(University of California Museum of Paleontology Berkeley, 2017). La migración:
La selección natural es un medio de selección o filtro natural puesto frente a la diversidad genética y fenotípica de la población. Se basa en que “solo los individuos con las características más adecuadas pueden sobrevivir”, es decir, aquellos que pueden adaptarse, prevalecen. Este
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proceso tiende a eliminar a los individuos que no se adapten o signifiquen una desventaja para la especie. La selección natural actúa sobre los individuos y sobre las poblaciones, estas poblaciones suelen mantener un tamaño que el hábitat permite de acuerdo a la cantidad de recursos, normalmente con un número fijo. Sin embargo, la descendencia suele ser mayor que este número, maximizando la diversidad sobre la cual la selección actúa. La selección es efectiva antes que el individuo llegue a edad reproductiva, puesto que, si alguna característica negativa heredable se expresa después de que el individuo genere descendencia, esta portará el defecto, como es el caso de las malformaciones cardíacas en humanos en individuos con síndrome de Down. Deriva genética En la selección natural, la frecuencia de un carácter provechoso y, por tanto, de su gen o alelo correspondiente, tenderá a incrementarse o mantenerse. En cambio, la frecuencia de un carácter desfavorable y su gen o alelo tenderán a disminuir. Esto es claramente observable en poblaciones de gran tamaño donde la selección tiene muchos individuos donde actuar, sin embargo, existe una tendencia observada que consiste en eliminar o conservar caracteres de forma aleatoria, mientras menor sea el tamaño de la población más tiende a la aleatoriedad y menos a la fuerza selectiva. Este fenómeno es conocido como deriva genética. El modo aleatorio modificador de la deriva genética es más claramente observable en características o genes evolutivamente neutros que no sufren los efectos de la selección natural, donde también se ve el mismo patrón: mientras menor es la población, más fuerte la deriva genética. Por acción de mutaciones y recombinaciones, se origina variabilidad en una población sobre la cual actúa la selección natural, provocando que la especie evolucione. MUTACION
SELECCIÓN NATURAL VARIABILIDAD
EVOLUCIÓN
RECOMBINACIÓN Diagrama de la evolución
Tipos o patrones de evolución Patrón divergente A partir de una especie ancestral se origina una variedad de especies diferentes, cada una de ellas está adaptada y especializada para sobrevivir a un hábitat particular.
Patrón convergente Ocurre cuando dos o más grupos de organismos con poca relación evolutiva entre sí comparten características morfológicas y fisiológicas, a fin de adaptarse a un medio ambiente.
Patrón paralelo En la evolución convergente, uno o más caracteres parten de formas ancestrales diferentes y siguen una evolución igual a lo largo de linajes separados para finalmente converger en una Jorge
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misma forma, sin embargo, en la evolución paralela, aunque los caracteres pueden converger, en realidad parten de una misma forma ancestral, un ejemplo es el oso marsupial y el oso hormiguero que evolucionaron paralelamente desde la misma forma marsupial ancestral.
Especiación La especie constituye la unidad de clasificación taxonómica de los organismos. Ernst Mayr, en 1942, definió a la especie como “el grupo de poblaciones naturales que real o potencialmente son capaces de cruzarse entre sí con posibilidad de descendencia fértil”. Un ejemplo claro es el caso del elefante. Existen tres especies de elefantes, tan solo en el continente africano, podemos encontrar al elefante africano de sabana (Loxodonta africana) y elefante africano del Bosque (Loxodonta cyclotis). Geográficamente se encontrarían separados, sin embargo, pueden reproducirse en el caso de que se encontrasen, ya sea en cautiverio o medios artificiales. Existen discrepancias sobre la fertilidad de los híbridos. Existen varios ejemplos de animales de distintas especies que generan híbridos fértiles no solo en cautiverio sino en libertad también (osos polares y grizzlis, lobos y coyotes, delfines y orcas). A pesar de esto, es claro que tales especies ocupan papeles diferentes en la naturaleza e inclusive habitan en distintos lugares, pues los cruces solo se dan donde sus hábitats se sobreponen. Este hecho introduce la importancia del nicho ecológico para la definición de especie. Después del surgimiento de la teoría evolutiva y de la biología molecular, el concepto de especie fue enriquecido y ampliado, mas nunca tomado como una definición inmutable y absoluta. Actualmente, se puede decir que una especie es un “conjunto de individuos morfológicamente semejantes, que ocupan un mismo nicho ecológico, cuyas poblaciones se reproducen entre sí (flujo genético) y que comparten un alto nivel de similitud genética entre ellos”. Esta definición, aunque altamente aceptada tiene sus obvias excepciones como grupos de especies en anillo (Tortugas gigantes de Galápagos) o especies que alternan reproducción asexual y sexual o especies partenogénicas (Hembras que tienen crías sin necesidad de macho).
(Hartl & Clark, 1997). Ejemplos de hibridación
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Adaptación y micro evolución La población es la unidad sobre la que la evolución trabaja, esta se ve afectada por fuerzas modeladoras que actúan sobre ella, dependiendo de los requerimientos del ambiente. Si este cambia, las poblaciones cambian para adaptarse o desaparecer. Sin embargo, si el ambiente se mantiene, la selección tiende a mantener la población prácticamente igual, esto es conocido como adaptación o proceso de acondicionamiento de las especies a las características de su hábitat. Las adaptaciones pueden ser en distintos grados: anatómicas, funcionales, fisiológicas, bioquímicas y hasta conductuales. Todo proceso adaptativo a nivel de individuo y población es lento y no suele ser evidente hasta varias generaciones después. Este cambio lento y medible se suele conocer como microevolución, puesto que no implica la diferenciación de especies, a pesar de que ocurre en varias generaciones en tiempo geológico, es un periodo relativamente corto.
Especiación y macro evolución La especiación es la acumulación de adaptaciones de varios grupos con un origen ancestral en común y que lleva a divergencias fenotípicas o genotípicas acentuadas, es decir, el proceso por el cual se forman nuevas especies. La especiación implica la formación de nuevas ramas en el árbol evolutivo, no solo de especies sino también de clados (géneros, familias, órdenes, etcétera). La diferenciación entre especies depende del aislamiento reproductivo que produce diferenciación de linajes. Especiación alopátrica
Especiación peripátrica
Especiación parapátrica
Especiación simpátrica
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Aislamiento mediado por la distancia o por barreras geográficas, es una causa externa. No hay diferenciación genética. Puede darse por migraciones o fragmentación del hábitat. Los grupos que divergen son de tamaños similares. Es el tipo de especiación más común. Depende del aislamiento por causas externas como la alopatría. La población es radicalmente menor en tamaño comparada con el grupo original. Puede ser consecuencia de migraciones que impidan el flujo genético. El tamaño menor de la población que se separa promueve algo conocido como “efecto fundador” (una población o especie tuvo en origen poca diversidad genética). Es más susceptible a los efectos de la deriva genética. Es parecida a la anterior en cuanto al tamaño de la población. Se ven los dos mecanismos para aislamiento reproductivo, puesto que en este caso si se mantiene inicialmente algo de flujo genético entre los grupos. Es el caso menos común. Depende de la generación de barreras reproductivas internas, mecanismos fisiológicos que impiden que individuos de los dos grupos puedan procrear a pesar de ocupar el mismo espacio o debido a que los dos grupos comienzan a ocupar nichos diferentes en el mismo espacio geográfico.
Los procesos adaptativos acumulados y observados a través de amplios tiempos geológicos hasta la formación de especies y clados nuevos se conoce como macroevolución. Para algunos biólogos evolutivos la distinción entre macro y micro evolución es vaga y puramente teórica, sin embargo, se la utiliza aún para denotar las diferencias entre la evolución adaptativa dentro de la especie y aquella que produce nuevas especies. Jorge
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Barreras de aislamiento reproductivo Una vez que la especiación se ha producido, actúan barreras que tratan de preservar a la nueva especie, impidiendo el intercambio de genes entre ellas. A estos procesos se los conoce como barreras de aislamiento reproductivo y se clasifican en: precigóticas y poscigóticas.
Precigóticas Actúan antes del apareamiento o fusión de gametos (antes de la formación del huevo o cigoto) Existen 6 tipos definidos: a) Barreras geográficas: las especies no se encuentran en contacto próximo, por ejemplo: el elefante africano y el elefante asiático no coexisten en el mismo continente. b) Barreras ecológicas: dos especies coexisten en el espacio geográfico, pero no en el mismo hábitat, por ejemplo: el tigre y el león asiático, ambos pertenecen al mismo género Pantera, pero el primero habita desde la tundra siberiana hasta los pastizales, mientras que el león habita la pradera, en las regiones bajas. c) Barreras estacionales: los periodos reproductivos o etapas de celo son diferentes en las poblaciones. Es común en especies vegetales como el pino de California. d) Barreras de conducta: los componentes propios de la conducta sexual no permiten que se apareen entre diferentes especies, por ejemplo: las fragatas de galápagos hinchan su vientre y solo la hembra de su especie responde a este gesto. e) Barreras mecánicas: las estructuras sexuales no se complementan, por lo tanto, no favorecen el coito por incompatibilidad anatómica. f) Barreras gaméticas: Los gametos masculinos y femeninos de diferentes especies no se pueden unir por incompatibilidad, debido a receptores de superficie. Las tres especies de elefantes que existen actualmente Inicialmente se pensó que todos los elefantes habitaban en África. Diferencias morfológicas de hábitat y genómicas llevaron a reclasificarlos como dos especies separadas la del bosque (Loxodonta cyclotis) en la mitad y la de sabana (Loxodonta africana) a la derecha.
(Hartl & Clark, 1997). Elefante afrcano y asiatico diferencias
Poscigóticas Son los procesos de aislamiento reproductivo que actúan luego del apareamiento, se mencionan como tales la mortalidad y la esterilidad del híbrido.
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a) Mortalidad del híbrido: se da por incompatibilidad de gametos, en caso de darse la unión, el producto muere, ya que el material genético es incompatible. Tal es el caso de la unión entre cabra y oveja, donde el producto de esta unión es abortado de forma espontánea. b) Esterilidad del híbrido: el producto del cruzamiento sobrevive hasta la edad adulta, pero la composición genética y la inviabilidad de cruzamiento posterior lo vuelve estéril. El mejor ejemplo es el de la mula. En el caso de los mamíferos, a partir del ancestro común derivaron varias especies que permanecen hasta la actualidad. A este fenómeno se lo conoce como "radiación evolutiva".
(Hartl & Clark, 1997). Patrones de evolución "radiación evolutiva".
Extinción La desaparición completa de un grupo, variedad, especie o clado se conoce como extinción. A pequeña escala, los progenitores de las poblaciones producen una progenie mayor a la que el hábitat puede soportar, aquí actúa la selección natural eliminando a la mayoría de individuos, prevaleciendo únicamente aquellos que hayan tenido cantidad de alimento adecuado. A mayor escala, la mayoría de caminos evolutivos de las especies terminan en la extinción. A través de estudios paleontológicos es posible atestiguar en el registro fósil varios eventos de extinción masiva, donde la mayor parte de los clados existentes desaparecieron producto de algún evento cataclísmico. También se observa que después de estos eventos ocurren procesos conocidos como radiación adaptativa, donde la evolución acelera el proceso de especiación para llenar los nichos ecológicos vacíos. Los eventos de extinción más importantes son el del pérmico-triásico que fue el más severo de la historia terrestre, alrededor del 96% de las especies existentes desaparecieron. La del cretácico-terciario que fue en la que se extinguieron los dinosaurios y el del holoceno que es el evento de extinción actual generado por la actividad humana y sus consecuencias climáticas a gran escala.
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Estos eventos masivos causados por cambios ambientales severos y planetarios son relativamente raros, siendo la forma más común de extinción la que ocurre a baja escala, sus causas aún no han sido claramente definidas, pero se la asocia a eventos locales de cambios ambientales y competencia entre especies por recursos y nichos ecológicos. ADN
MUTACIONES
CAMBIOS EN EL GENOTIPO
CAMBIOS EN EL FENOTIPO
VARIABILIDAD EN LAS POBLACIONES (ADAPTACIÓN)
CAMBIOS EN EL FONDO GENÉTICO
SELECCIÓN NATURAL
ESPECIACIÓN
EXTINCIÓN
EVOLUCIÓN
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FUNDAMENTOS DE LA MATERIA Concepto Materia Se define a la materia como todo lo que ocupa un lugar en el espacio, posee energía y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En conclusión, es cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable, tiene energía, es capaz de interactuar y tiene localización espacio-temporal.
Propiedades de la materia Las propiedades medibles de la materia corresponden a una de dos categorías adicionales, las propiedades extensivas y las propiedades intensivas.
Propiedades extensivas El valor de una propiedad extensiva depende de la cantidad de materia que se tome en cuenta. La masa, que es la cantidad de materia en una muestra dada de una sustancia, es una propiedad extensiva. Más materia significa más masa. Los valores de una misma propiedad extensiva pueden sumarse. Por ejemplo, dos bloques de cemento tienen la misma masa combinada que la suma de las masas de cada bloque, en tanto que el ancho de dos escritorios es la suma del ancho de ambos escritorios. El volumen, que se define como la longitud elevada al cubo, es otra propiedad extensiva.
Propiedades intensivas El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cuánta materia se considere, por ejemplo.
La densidad: Que se define como la masa de un objeto dividida para su volumen, es una propiedad intensiva. La temperatura: Suponga que se tienen dos recipientes llenos de agua a la misma temperatura. Si se combinan para tener un solo volumen de agua en un recipiente más grande, la temperatura de este mayor volumen de agua será la misma que en los dos recipientes separados. A diferencia de la masa, longitud y volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no son aditivas.
Propiedades físicas Estas propiedades corresponden al color, punto de fusión, punto de ebullición, es decir una propiedad física es aquella que se puede medir y observar sin que se modifique la composición de la sustancia. Por ejemplo, es posible medir el punto de fusión del hielo al calentar un cubo de hielo y apuntar la temperatura en la que el cubo se convierte en agua. El agua se diferencia del hielo sólo en su aspecto, no en su composición (H2O), de modo que se trata de un cambio físico; es posible congelar el agua para obtener de nuevo hielo. De esta Jorge
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manera, el punto de fusión de una sustancia es una propiedad física. De manera similar, afirmar que el helio gaseoso es más ligero que el aire hace referencia a una propiedad física.
Propiedades químicas A diferencia de las propiedades físicas afirmar “el hidrógeno se quema en presencia de oxígeno para formar agua”, describe una propiedad química del hidrógeno, ya que a fin de observar esta propiedad debe ocurrir un cambio químico estructural que en este ejemplo es “la combustión”. Después del cambio, desaparece la sustancia química original, el hidrógeno, y sólo queda otra sustancia química distinta, el agua. Es imposible recuperar el hidrógeno a partir del agua mediante un cambio físico, como la ebullición o congelación. Otro ejemplo de un cambio químico lo tenemos cada vez que se cocina un huevo, ya que cuando se someten a temperaturas cercanas a 100ºc, la yema y la clara experimentan cambios que no sólo modifican su aspecto físico, sino también su composición química. Después, al comerse, el huevo se modifica de nuevo, por efecto de las enzimas digestivas. Esta acción digestiva es otro ejemplo de un cambio químico. Lo que ocurre durante la digestión depende de las propiedades químicas de las enzimas y los alimentos.
Energía Este término tiene diferentes concepciones en física-química, economía, ecología, pero generalmente se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Todos los cambios físicos como los químicos pueden clasificarse de acuerdo con la energía involucrada. Se denominan exotérmicos a aquellos cambios en los que se libera energía, por ejemplo, la combustión. Se dice que el cambio es endotérmico cuando durante el proceso se absorbe energía, por ejemplo: la evaporación del agua.
El átomo La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. En la Tierra existen unos 92 elementos, muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito. El oxígeno, abundante en el aire que respiramos. El calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre. La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.
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Portal educativo. Átomo, neutrones, protones y electrones. Obtenido de https://www.portaleducativo.net. Recuperado el 4 de agosto de 2017
Modelo atómico Un modelo atómico es una representación que describe las partes que tiene un átomo y cómo están dispuestas para formar un todo. Veamos los distintos modelos que han ido surgiendo:
Modelo atómico de Dalton (1808-1810) -
Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Un elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales. Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. En una reacción química, los átomos no se crean ni se destruyen, solo cambian las uniones entre ellos.
El modelo atómico de Thomson (modelo pudin de pasas)
(Castaños, E.). Modelo atómico de Thomson. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en https://lidiaconlaquimica.wordpress.com/tag/
J.J. Thomson encontró que en los átomos existe una partícula con carga eléctrica negativa, a la que llamó electrón. Pero como la materia solo muestra sus propiedades eléctricas en determinadas condiciones (la electrolisis, la adquisición de carga eléctrica cuando frotamos los cuerpos), debemos suponer que es neutra. De esta forma, podemos decir que: “el átomo es una esfera maciza de carga positiva en la que se encuentran incrustados los electrones”.
El modelo atómico de Rutherford
(Castaños, E.). Modelo atómico de Rutherford. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en https://lidiaconlaquimica.wordpress.com/tag/.
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Este científico descubrió el protón: partícula que tiene la misma carga que el electrón, pero positiva y su masa es unas 1840 veces mayor que la del electrón. El modelo atómico de Rutherford postuló que el átomo tiene un núcleo central en el que está concentrada la carga positiva y prácticamente toda su masa. La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones que están fuera del núcleo. El núcleo contiene protones en número igual al de electrones del átomo. Los electrones giran a mucha velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia. La suma de la masa de los protones y de los electrones no coincide con la masa total del átomo, por lo que Rutherford supuso que en el núcleo tenía que existir otro tipo de partículas. Posteriormente, James Chadwick descubrió estas partículas sin carga y masa similar a la del protón, que recibieron el nombre de neutrones.
Modelo atómico de Bohr Según Plac y Einstein La energía de un sistema no puede aumentar o disminuir continuamente, sino a saltos. El electrón se mueve en unas órbitas circulares permitidas (niveles de energía) donde no admite ni absorbe energía. La gran diferencia entre este y el anterior modelo es que en el de Rutherford los electrones giran describiendo órbitas que pueden estar a una distancia cualquiera del núcleo, mientras que en el modelo de Bohr solo se pueden encontrar girando en determinados niveles En el modelo actual: llamado mecánico-cuántico se sustituye la idea de que el electrón se sitúa en determinadas capas de energía por la de orbital: zona del espacio donde la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.
Composición atómica El núcleo de un átomo contiene protones cargados positivamente y -a excepción del hidrógeno, (1H)- neutrones que no tienen carga. El número atómico es igual al número de protones en el núcleo de un átomo y al de los electrones a nivel de las órbitas. El peso atómico de un átomo es, aproximadamente, la suma del número de protones y neutrones existentes en su núcleo. Las propiedades químicas de un átomo están determinadas por sus electrones (partículas pequeñas, cargadas negativamente), que se encuentran fuera del núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones y determina el número atómico. Todos los átomos de un elemento determinado tienen el mismo número de protones en su núcleo. En algunas ocasiones, sin embargo, diferentes átomos del mismo elemento contienen diferentes números de neutrones. Estos átomos que, por lo tanto, difieren entre sí en sus pesos atómicos, pero no en sus números atómicos, se conocen como isótopos del elemento. Los núcleos de los diferentes isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Así, los isótopos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero difieren en sus pesos atómicos. Los electrones más próximos al núcleo tienen menos energía que los más alejados, de esta manera, se encuentran en un nivel energético más bajo. Un electrón tiende a ocupar el nivel energético más bajo disponible, pero con el ingreso de energía puede ser lanzado a un nivel energético más alto. Cuando el electrón regresa a un nivel de energía más bajo se libera energía.
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Moléculas Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes. Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden representarse con ecuaciones químicas. Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes en proporciones definidas y constantes se conocen como compuestos químicos. Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin vida y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 99% de toda la materia viva. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, esto da lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos.
Clasificación de la materia -
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Materia homogénea: constituida por una sola fase, que presenta en toda su extensión propiedades y características uniformes. Materia heterogénea: es la calidad de la materia con la que están constituidos los cuerpos y permitirá establecer diferencias entre ellos. Cuerpo: porción limitada de materia. Sustancia: es la cantidad de materia de la que están constituidos los cuerpos y que permite establecer diferencias entre ellos.
Teoría cinético molecular En la enseñanza de la ciencia, bajo la denominación de «teoría cinético-molecular» se incluye un amplio abanico de conocimientos pertenecientes a campos de la física y de la química que, tomados conjuntamente, conforman la que puede ser considerada la visión más general y simple, dentro de lo posible, para explicar la naturaleza de la materia. Históricamente, puede entenderse como la integración de ideas básicas de la teoría cinética de los gases (Ruíz y Blanco, 2004) y su extensión a los demás estados de la materia con conocimientos sobre la estructura de la materia. Para explicar cómo la materia se organiza en tres estados, cómo se comporta en cada estado y cómo es posible la transformación entre estados se ha desarrollado la Teoría Cinético – Corpuscular.
Teoría Cinético – corpuscular. La teoría cinética establece las siguientes hipótesis: -
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La materia es discontinua. La materia, sea cual sea su estado, está formada por partículas diminutas, tanto que su tamaño es muy pequeño comparado con la distancia que existe entre ellas. Por tanto, entre las partículas no hay nada, solo grandes espacios vacíos. Estas partículas están en continuo movimiento. La velocidad de movimiento de estas partículas (su energía cinética) depende de la temperatura: un incremento en la temperatura origina un aumento de la velocidad de movimiento de las partículas (un aumento de la energía cinética de las partículas).
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Entre las partículas hay fuerzas de atracción o de cohesión cuya intensidad disminuye al aumentar la distancia entre ellas. Las partículas se mueven aleatoriamente en todas las direcciones, más deprisa en cuanto mayor es la temperatura. En el caso de un gas, chocan continuamente entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. El resultado de estos choques es la presión gaseosa. La temperatura a la cual todas las partículas están quietas se conoce como “cero absoluto” y es de - 273 °C (0 ºK).
Cambios de estado de la materia Son los cambios que no alteran la estructura de la materia. Los espacios intermoleculares entre moléculas determinan el estado físico, sólido, líquido o gaseoso, además de la presencia de dos fuerzas: fuerzas de expansión (tratan de alejar a las moléculas) y las fuerzas de cohesión (tratan de unir a las moléculas).
Estados de agregación de la materia
ESTADO SÓLIDO - Hay prodominio de la fuerza de cohesión sobre la de expansión. - Las moléculas se encuentran casi unidas. - Cuerpos con forma y volumen definidos.
ESTADO LÍQUIDO - Existe un equilibrio de las fuerzas de cohesión y expansión. - Las moléculas se encuentran separadas un poco. - Carecen de forma y adaptan la forma del recipiente que las contiene. - El volumen es constante.
ESTADO GASEOSO - La fuerza de expansión es mayor que la de cohesión. - Los espacios intermoleculares son muy amplios. - Carecen de forma. - Volumen variable.
Cambio de estado es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un estado de agregación a otro. El estado de la materia depende de las fuerzas de cohesión que mantienen unidas a las partículas. La modificación de la temperatura o de la presión modificará dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de estado. A continuación, se revisarán los distintos mecanismos de cambio de estado. Los mecanismos de transformación entre estados se clasifican en dos grandes grupos:
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Cambios progresivos
Cambios de estado que implican un incremento de la energía cinética de las partículas (las partículas pasan a moverse más deprisa). Son cambios que requieren un aporte de energía externo para que se produzcan.
Cambios regresivos:
Transformaciones que suponen un descenso de la energía cinética de las partículas (las partículas pasan a ralentizarse). Son cambios que liberan o desprenden energía cuando se producen.
(Scijinks, 2017). Cambios de estado.
Cambios de estado progresivos -
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Fusión: paso de sólido a líquido. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico (es una propiedad específica de la materia). Vaporización: paso de líquido a gas. La vaporización se puede producir mediante dos procesos distintos: evaporación y ebullición. - Evaporación: es el proceso por el cual un líquido pasa lentamente al estado gaseoso sin que se haya alcanzado la temperatura de ebullición. Es un fenómeno que ocurre en la superficie de cualquier líquido y algunos lo hacen lentamente como el aceite y otros muy rápidos como el alcohol. - Ebullición: si se incrementa la temperatura de un líquido, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de evaporación, además de darse en la superficie, se produce en todo el líquido, formándose grandes burbujas (llenas de vapor del líquido) que ascienden hasta la superficie.
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Sublimación: paso directo de sólido a gas, sin pasar por el estado líquido. Como la vaporización ocurre a cualquier temperatura, las partículas de la superficie de un sólido pueden adquirir suficiente energía cinética para vencer las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas y pasar directamente al estado gaseoso.
Cambios de estado regresivos -
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Solidificación: paso de líquido a sólido, se produce por una disminución de la temperatura hasta alcanzar la temperatura de fusión. Las partículas pierden movilidad (energía cinética), favoreciendo la aparición de fuerzas de cohesión entre ellas. Varía con la presión. Condensación o licuación: paso de gas a líquido, la temperatura a la que ocurre es el punto de ebullición. La condensación se lleva a efecto invirtiendo las condiciones que favorecen la vaporización. La compresión del gas o su enfriamiento favorece la condensación. Sublimación inversa: cuando algunos gases se enfrían pueden convertirse directamente en sólidos, sin pasar por líquidos. Es la sublimación inversa.
Cambios químicos Son cambios que alteran la estructura interna de la materia, las evidencias que indican estos cambios son: -
Cambios de color Cambios de temperatura Formación de burbujas (gases) Formación de precipitados
En las reacciones químicas ordinarias no se destruyen ni se crean átomos. El cambio que ocurre se puede explicar, aproximadamente, como una ruptura de los enlaces que mantienen unidos a los átomos en las sustancias que reaccionan (reactivos), para formar una organización distinta, característica de las sustancias que se forman (productos).
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BASES BIOMOLECULARES DE LA VIDA Bioelementos De los 92 elementos químicos naturales, solo 25 son esenciales para los seres vivos y de éstos los más abundantes son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S), estos son conocidos como bioelementos primarios (CHONPS). Forman el 99% del peso seco de los seres vivos. El 1% restante está dado por elementos de traza como sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), zinc (Zn), cloro (Cl), yodo (I), entre otros.
Propiedades fisicoquímicas de los elementos biogenésicos Los elementos biogenésicos tienden a formar macromoléculas. Se les conoce así porque su masa molecular es superior a los 10 000 u.m.a (unidad de masa atómica). Las macromoléculas se clasifican en naturales y sintéticas. Las primeras son encontradas en los seres vivos mientras que las segundas son todas aquellas moléculas sintetizadas por el hombre para su bienestar. Las macromoléculas naturales son clasificadas en carbohidratos, proteínas y lípidos compuestos cuyas moléculas poseen una elevada masa molecular. Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van Der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes. Los materiales que utilizamos con regularidad muchas veces están formados de polímeros, es decir, compuestos químicos de pesos moleculares altos, como la celulosa o el almidón. El metabolismo degrada estos macro compuestos, convirtiéndolos en dímeros y monómeros a fin de que puedan asimilarse dentro de los ciclos metabólicos.
Bioelementos primarios Son los elementos indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos); constituyen el 96% de la materia viva seca. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo (C, H, O, N, P, respectivamente). Carbono: forma largas cadenas carbono-carbono (macromoléculas) mediante enlaces simples o dobles, así como estructuras cíclicas. Pueden incorporar una gran variedad de radicales (=O, OH, -NH2, -SH, PO4), lo que da lugar a una variedad enorme de moléculas distintas. Los enlaces que forma son lo suficientemente fuertes como para formar compuestos estables, y, a la vez, son susceptibles de romperse sin excesiva dificultad. Hidrógeno: además de ser uno de los componentes de la molécula de agua, indispensable para la vida y muy abundante en los seres vivos, forma parte de los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas. Puede enlazarse con cualquier bioelemento. Oxígeno: es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica. Además, forma enlaces polares con el hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua. Nitrógeno: principalmente como grupo amino (-NH2.) presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
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Fósforo. Se halla principalmente como grupo fosfato, formando parte de los nucleótidos. Forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).
Bioelementos secundarios Están presentes en todos los seres vivos. Los más abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Los iones sodio, potasio y cloruro intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad del medio interno y en el equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y potasio son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el azufre forma parte del metabolismo de proteínas; el calcio en forma de carbonato da lugar a caparazones de moluscos y al esqueleto de muchos animales. El ion calcio actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de las membranas, etc. El magnesio es un componente de la clorofila y de muchas enzimas. Interviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización.
Oligoelementos Son bioelementos que se encuentran en cantidades ínfimas (menos del 0,1%) en los seres vivos, lo cual implica que sus niveles dentro del organismo son regulados de forma meticulosa, tanto su carencia como un aumento excesivo en concentración pueden ser perjudiciales para el organismo. Los siguientes elementos son considerados oligoelementos en humanos: -
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Boro: mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales. Cromo: potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Cobalto: componente central de la vitamina B12. Cobre: estimula el sistema inmunitario. Flúor: se acumula en huesos y dientes dándoles una mayor resistencia. Regula la flora bacteriana. Hierro: forma parte de la molécula de hemoglobina y de los citocromos que forman parte de la cadena transportadora de electrones. Al oxidarse permite el transporte de oxígeno a través de la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Su déficit se denomina anemia ferropriva. Manganeso: tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando el superóxido dismutasa de manganeso (MnSOD), que cataliza la dismutación de superóxidos o especies reactivas de oxígeno. Molibdeno: se encuentra en una cantidad importante en el agua de mar en forma de molibdatos y los seres vivos pueden absorberlo fácilmente de esta forma. Tiene la función de transferir átomos de oxígeno al agua. Selenio: se presenta como dióxido de selenio, es un catalizador en procesos de oxidación, hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos. Vanadio: es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está demostrada su esencialidad, aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian la actividad de la insulina. Yodo: es un elemento químico esencial. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triyodotironina, que contienen yodo.
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Moléculas orgánicas Carbohidratos También se les conoce como glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. La mayoría son sintetizados por los vegetales durante la fotosíntesis. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, son la fuente principal de energía para las funciones de las células. Los carbohidratos se clasifican en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Monosacáridos También llamados azúcares simples, están formados por una sola cadena abierta o cerrada de átomos de carbono, unidos cada uno a un grupo hidroxilo (OH-) y a un hidrógeno (H+). De acuerdo al número de átomos de carbono, se clasifican en: triosas (tres átomos de carbono), tetrosas (cuatro átomos), pentosas (cinco átomos), hexosas (seis átomos) y heptosas (siete átomos). Los más importantes desde el punto de vista biológico son las pentosas y las hexosas. Dentro de las pentosas se encuentran la ribosa (forma parte del ácido ribonucleico o ARN) y la desoxirribosa (forma parte del ácido desoxirribonucleico).
(Scijinks, 2017). Molécula de ribosa (A) y de desoxirribosa (B).
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(Scijinks, 2017). Monosacáridos, representación de la glucosa. Cadena abierta y cadena cerrada.
En las hexosas se encuentran la fructuosa, la galactosa y la glucosa. Las hexosas tienen la fórmula general C6H12O6 y la proporción de átomos de carbono es 1:2:1, dependiendo el grupo funcional se las puede considerar aldosas (grupo aldehído) y cetosas (grupo cetona).
(Scijinks, 2017). Aldosas y cetosas. La glucosa y la galactosa son aldosas,la fructosa tiene el grupo cetona.
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas, miel y verduras. La glucosa se produce durante la fotosíntesis, proporciona la mayor parte de energía para el metabolismo celular, se encuentra en la sangre en el cuerpo humano. Disacáridos Están formados por 2 monosacáridos unidos a través de un enlace glucosídico y la eliminación de una molécula de agua, su fórmula molecular es C12H22O11. Entre los más importantes se encuentran la sacarosa o azúcar de mesa (glucosa y fructuosa), la maltosa o azúcar de malta (glucosa y glucosa) y la lactosa o azúcar de leche (glucosa y galactosa). Jorge
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(Scijinks, 2017). Síntesis de la maltosa.
La maltosa se forma por la unión de 2 moléculas de glucosa por medio del enlace glucosídico con eliminación de una molécula de agua. Polisacáridos Comprenden la mayor parte de los hidratos de carbono presentes en la naturaleza, están formados por varias unidades de monosacáridos, generalmente glucosa. Desempeñan funciones de reserva alimenticia, otros forman parte de la estructura de las células vegetales. Dentro de los polisacáridos de reserva alimenticia están el almidón y el glucógeno (polisacáridos digeribles). Los que forman parte de estructuras son: la celulosa, hemicelulosa y la quitina (no digeribles). Debido a su compleja estructura, deben degradarse a monosacáridos para poder ser absorbidos en la célula.
(Scijinks, 2017). Cadena lineal de almidón y celulosa.
Lípidos Son compuestos orgánicos formados por C, H y O, pero la cantidad proporcional de O2 es menor que en los carbohidratos. Son de consistencia oleosa o aceitosa y se caracterizan por almacenar gran cantidad de energía, se forman a partir de carbohidratos dentro de las células y están constituidos por cadenas cortas o largas, son insolubles en agua, pero solubles en cloroformo, éter o alcohol.
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Los lípidos se clasifican en:
Grasas neutras o lípidos simples (grasas y aceites). Fosfolípidos o lípidos compuestos. Esteroides o lípidos derivados. Grasas neutras o lípidos simples.
Son moléculas grandes o polímeros, también se los conoce como glicéridos, están formados por una molécula de glicerol o glicerina y tres moléculas de ácidos grasos (triacilglicérido o triglicérido). Los ácidos grasos son moléculas de cadena larga de carbono enlazadas por un grupo carboxilo (COOH).
(Scijinks, 2017). Formación de un triglicérido. En este proceso se producen 3 moléculas de agua.
Los triglicéridos se dividen en: grasas y aceites. -
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Las grasas son llamadas lípidos saturados, tienen enlaces simples o monovalentes entre los átomos de carbono, son sólidos a temperatura ambiente. Ejemplo: manteca, mantequilla. Los aceites o lípidos no saturados se producen en las plantas, tienen enlaces covalentes dobles o triples, son líquidos a temperatura ambiente. Ejemplo: aceite de oliva.
(Scijinks, 2017). Ácidos grasos saturados e insaturados.
Funciones de las grasas: Jorge
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Reserva energética: cada gramo de grasa aporta más del doble de energía que un gramo de carbohidratos. Aislantes térmicos: los carbohidratos pueden ser transformados en grasas por el organismo para ser almacenados en forma de glóbulos en el tejido adiposo y ayuda a conservar el calor. Protección: algunas estructuras del organismo como el corazón y las articulaciones a manera de grasa peri-visceral También están presentes en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas. Fosfolípidos o lípidos compuestos.
Se encuentran conformados por dos moléculas de ácidos grasos y un grupo fosfato (P04) unidos a una molécula de glicerina. Tienen un extremo o “cabeza” anclado a un grupo fosfato que es soluble en agua (hidrofílico) y otro extremo o “cola” hidrocarbonado que es insoluble en agua (hidrofóbico). Debido a la presencia de estos dos grupos, forman parte de membranas de células animales y vegetales. Regulan la entrada y salida de sustancias por su naturaleza anfipática. El extremo hidrofílico queda orientado al exterior de la célula mientras que el hidrofóbico hacia su interior. Los más abundantes son las lecitinas y las encefalinas, las primeras se encuentran en la yema de huevo, el tejido nervioso y el hígado, tienen un grupo colina. Las encefalinas tienen como base la etanolamina, están presentes en los músculos y en el cerebro.
(Scijinks, 2017). Estructura general de un fosfolípido.
Esteroides o lípidos derivados Difieren de su estructura con otros lípidos porque están integrados por cuatro anillos, tres de ellos de seis átomos de carbono y uno de cinco. Entre los esteroides más importantes se encuentran: el colesterol, la testosterona, la progesterona, el estradiol y la cortisona. El colesterol es el más abundante en animales, su aumento en la sangre produce endurecimiento de las arterias o aterosclerosis. La testosterona es un andrógeno u hormona sexual masculina. La progesterona y el estradiol son hormonas sexuales femeninas. La cortisona es un glucocorticoide u hormona que interviene en el metabolismo de azúcares y sales minerales dentro del organismo.
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(Scijinks, 2017). Fórmula del colesterol.
Proteínas Son polímeros constituidos a base de C, H, O2, nitrógeno (N) aunque algunos contienen azufre y fósforo. Son constituyentes de cerca del 71% del peso seco de la célula, formando parte de enzimas, algunas hormonas y diversas estructuras celulares como la hemoglobina. Las unidades básicas de las proteínas son los aminoácidos. En la naturaleza se conocen alrededor de veinte aminoácidos, todos tienen la misma estructura general: un átomo de carbono central unido a un grupo amino (NH2), a un grupo carboxilo (COOH), a un átomo de hidrógeno (H) y a un grupo de átomos llamado radical, el cual varía en cada uno de los aminoácidos. Los aminoácidos que forman una proteína se unen a través de un enlace peptídico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra.
(Scijinks, 2017). Estructura general de un aminoácido.
Las plantas son capaces de elaborar todos los aminoácidos a partir de sustancias simples. En cambio, el ser humano no puede producir algunos de ellos, por lo que los obtiene de las plantas y son conocidos como aminoácidos esenciales.
Aminoácidos esenciales Fenilalanina Leucina Isoleucina Treonina
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Valina Histidina
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Metionina Lisina
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Los aminoácidos se enlazan entre sí cuando el grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo de otro formando un dipéptido. El enlace covalente que se forma se conoce como enlace peptídico.
(Scijinks, 2017). Unión de 2 aminoácidos por medio de un enlace peptídico con la eliminación de una molécula de agua.
Cuando la cadena de péptidos supera los 50 se denomina proteína. Los aminoácidos se combinan entre sí en diferente número y proporción. Clasificación de las proteínas De acuerdo a la forma, las proteínas pueden ser fibrosas (de función estructural, se encuentran la piel, músculos etcétera.) y globulares (participan en procesos vitales. Ejemplo: enzimas y anticuerpos). De acuerdo al nivel de organización, la primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. -
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proteína
puede
tener
una estructura:
Estructura primaria: se presenta una secuencia sencilla de aminoácidos o cadena peptídica. Estructura secundaria: asociación de varias cadenas por puentes de hidrógeno, adopta una forma en espiral o aplanada. Estructura terciaria: se da por el doblamiento de la cadena de péptidos sobre sí misma para formar proteínas globulares, son ejemplo de estas las enzimas. Esta estructura se pierde por el calentamiento o cambios de pH, con lo que se pierde su actividad biológica, a este proceso se lo denomina "desnaturalización". Estructura cuaternaria: dos o más proteínas globulares se enlazan entre sí. Ejemplo: hemoglobina.
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(Scijinks, 2017). Arreglo espacial de las proteínas.
Las proteínas pueden ser simples cuando están formadas solo por aminoácidos y conjugadas cuando además de aminoácidos tienen otros compuestos como metales (Zn, Fe o metaloproteínas), lípidos (lipoproteínas), azúcares (glucoproteínas). Las proteínas tienen como funciones: -
Componente estructural de las células como colágeno (tejido conectivo), la elastina (piel) y la queratina (uñas y epidermis). Actúan como catalizadores, enzimas: lipasa, maltasa. Reguladoras de funciones: insulina que regula la glucosa en sangre. Protegen contra infecciones: anticuerpos o gammaglobulinas. De transporte: hemoglobina que transporta oxígeno, la albúmina que transporta otras moléculas. Proteínas contráctiles: miosina y actina constituyentes de los músculos. Sirven como reserva alimenticia. Participan en la división celular como las histonas, componentes de los cromosomas.
Las proteínas se obtienen de alimentos como la carne, pescado, huevos, leche, queso, nueces y leguminosas. Las enzimas Actúan como catalizadores aumentando la velocidad de las reacciones químicas de la célula. Se denomina holoenzima a una enzima formada por una proteína y otra fracción no proteica o cofactor. La mayoría de los cofactores son iones metálicos como el hierro (Fe), cobre (Cu) potasio (K) etcétera. Otros cofactores pueden ser las coenzimas como las vitaminas B1 NAD (Nicotín Adenín Dinucleótido), etcétera. Cada enzima actúa solo con un tipo de sustrato y se Jorge
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debe a que cada una tiene configuraciones determinadas que solo pueden asociarse a un tipo de sustrato. La actividad enzimática se afecta con el aumento de la temperatura y cambios en el pH.
(Scijinks, 2017) Modelo de acción enzima sustrato.
Ácidos nucleicos Son compuestos a base de C, H, O2, nitrógeno y fósforo, son el ácido ribonucleico o ARN que contiene ribosa y el ácido desoxirribonucleico o ADN que contiene desoxirribosa. El ADN se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula, principalmente. El ARN se encuentra en el nucléolo y en los ribosomas principalmente. Los ácidos nucleicos llevan a cabo dos funciones vitales: determinan qué proteínas debe sintetizar cada célula, regulando el metabolismo, además, transmiten la información genética. Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, éstos están constituidos por una base nitrogenada, una pentosa y ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas son las purinas (adenina y guanina) y las pirimidinas (citosina y uracilo).
(Scijinks, 2017). Bases nitrogenadas, Nucleósido, nucleótido.
El ARN contiene adenina y guanina, citosina y uracilo, ribosa y ácido fosfórico. El ADN contiene adenina y guanina, citosina y timina, desoxirribosa y ácido fosfórico. Watson y Crick describieron la estructura del ADN como una doble hélice, las dos cadenas se unen por puentes de hidrógeno de manera que la base de una cadena queda enfrente de otra base complementaria. Siempre se unirán adenina con timina y citosina con guanina.
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El ARN se produce a partir del ADN, tiene una sola cadena de nucleótidos, se localiza principalmente en el citoplasma y ribosomas en células procariontes y en el citoplasma, ribosomas y en el nucléolo en células eucariontes. En el ARN se encuentran cuatro tipos de nucleótidos, adenina, uracilo, guanina y citosina.
(Scijinks, 2017). Comparación entre ADN y ARN.
El ARN se presenta en tres formas: -
ARN mensajero (ARNm): lleva el mensaje genético desde el núcleo hasta el sitio donde se forman las proteínas en el citoplasma. ARN de transporte (ARNt): transporta los aminoácidos desde el citoplasma hasta el sitio donde se forma las proteínas. ARN ribosomal (ARNr): tiene como función interactuar con los otros ARN para lograr la síntesis de proteínas.
(Scijinks, 2017). Esquema de los 3 tipos de ARN.
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El ARN mensajero, monocatenario, se encarga de llevar el mensaje desde el núcleo al ribosoma, el ARNt o de transcripción se presenta como una estructura cruciforme conformada por 2 bucles y un anticodón. El ARN ribosomal se encuentra en el ribosoma y es el encargado de formar los puentes peptídicos.
Moléculas transportadoras de energía (ATP) Una de las fuentes de energía más importantes es la molécula de adenosín trifosfato (ATP), es utilizada por todas las células, se conoce como la molécula universal de energía. Cuando se genera energía, esta se transforma en ATP para ser almacenada y utilizada posteriormente. Su estructura consta de una base nitrogenada, un azúcar y fosfato. Cada vez que se rompe un enlace terminal de un fosfato se libera energía.
Moléculas inorgánicas El agua Es el compuesto más abundante en los seres vivos, alrededor de tres cuartas partes del peso corporal es agua (70% del peso total), las moléculas del agua (H2O) se encuentran unidas entre sí por enlaces covalentes llamados puentes de hidrógeno, que se establecen por la atracción electrostática entre las cargas positivas y negativas de las dos moléculas. Es decir, un átomo de hidrógeno (H+) de una molécula atrae a un átomo de oxígeno (O-) de otra. Estos enlaces se pueden romper con facilidad debido a los cambios de temperatura o pH. Entre las propiedades del agua tenemos las siguientes: -
Es el disolvente universal, ya que la mayoría de las sustancias químicas se pueden disolver en ella. Tiene elevado calor específico, protege a los organismos de cambios bruscos de temperatura, manteniéndola estable. Tiene un alto grado de vaporización, facilita la pérdida del exceso de calor por evaporación del sudor. Alto grado de cohesión y tensión de sus moléculas, permite transportar sustancias nutritivas.
El hombre adulto pierde alrededor de dos litros de agua diariamente, por lo que es recomendable tomar esa cantidad para mantener el equilibrio. El agua para ser utilizada debe contener minerales disueltos. Por esta razón, el agua destilada no satisface los requerimientos orgánicos.
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(Scijinks, 2017). Puente de hidrógeno.
El puente de hidrógeno es un enlace covalente que brinda al agua sus propiedades universales
Vitaminas Son compuestos orgánicos que participan en el metabolismo celular y no aportan energía. Las producen las plantas. El ser humano sintetiza vitamina D, las vitaminas K y B son producto del metabolismo de la microbiota intestinal. De acuerdo a la solubilidad que poseen pueden ser: liposolubles (A, D, E y K) e hidrosolubles (C y complejo B). La falta de vitaminas en la dieta produce avitaminosis y el exceso pude causar efectos tóxicos. Vitaminas hidrosolubles Vitaminas hidrosolubles Vitamina B1 - Tiamina
Actúa como coenzima en el metabolismo de los hidratos de carbono.
Vitamina B2 - Riboflavina
Es una coenzima de distintos ciclos metabólicos
Intervienen como aceptores o donantes de hidrógenos en reacciones metabólicas Vitamina B5 - Acido Necesario para la asimilación de carbohidratos, proteínas y Pantoténico grasas Cofactor enzimático en procesos de transaminación, Vitamina B6 - Piridoxina descarboxilación. Vitamina B3 – Niacina
Vitamina B8 - Biotina
Metabolismo de los hidratos de carbono, proteínas y grasas
Vitamina B9 – Ácido fólico
Coenzima en procesos de metilación del ADN, formación de aminoácidos.
Vitamina B12 - Cobalamina Fundamental en la síntesis de ADN Vitamina C ascórbico
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Ácido
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Efecto antioxidante, contribuye en la formación del colágeno.
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Vitaminas liposolubles
Vitaminas liposolubles Vitamina A - Retinol
Regulador del ciclo celular, formación del pigmento visual, estabilidad de mucosas.
Vitamina D - Calciferol
Metabolismo del calcio y fósforo.
Vitamina E - Tocoferol
Reacciona con los radicales libres. Además, estimula la agregación plaquetaria y estabiliza las membranas celulares.
Vitamina K - Fitomenadiona Formación de factores de coagulación dependientes de Vit. K
Sales minerales Son el producto de la relación entre un ácido y una base. Cuando la sal está disuelta en agua se disocia en iones. Por ejemplo, el cloruro de sodio (Mal) se disocia en Na+ y Cl-. Los iones con carga positiva o cationes y los que tienen carga negativa o aniones. Las sales minerales desempeñan un papel vital en el metabolismo, se encuentran en el citoplasma de la célula, en la sangre, etcétera, su función es de regulación, por lo que se requieren pequeñas concentraciones. Las sales de sodio mantienen la presión interna de las células. Las sales de fósforo forman parte del ATP, de los fosfolípidos de las membranas celulares y del ADN y ARN. Las sales en disolución desempeñan diversas funciones en la célula, entre las que se encuentran la homeostasis (equilibrio entre el medio interno y externo de la célula), la regulación del pH y de la presión osmótica. El bicarbonato de sodio actúa como regulador o buffer en los líquidos celulares e intercelulares.
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ORGANIZACIÓN Y FUNCIÓN CELULAR La Teoría celular La vida se caracteriza por una serie de propiedades que corresponden a la organización celular. La teoría celular está constituida por 3 principios básicos que son fundamentales en la biología y mencionan que: -
Todos los organismos vivos están formados por células. Las reacciones químicas de un organismo vivo. Tiene lugar dentro de la célula. Las células se originan de otras células, estas contienen el material genético (ADN) que dirige el ciclo celular. Un organismo crece cuando sus células se duplican.
Características básicas de las células
(Porto, 2017). Esquema de los componentes básicos de una célula.
Hay organismos formados por una única célula (unicelulares) como las bacterias, las levaduras (hongos) y las amebas (protozoarios). Hay otros más complejos formados por varias células (pluricelulares) como las plantas y animales. En estos organismos, las células se ordenan en tejidos, los que su vez forman órganos. Aunque pueden tener formas, tamaños y funciones diferentes, todas las células comparten características muy importantes:
Características estructurales Las células están rodeadas de una membrana celular o plasmática que las separa del ambiente externo y que a la vez permite el intercambio de sustancias, esto permite que la membrana posea un potencial eléctrico. Organismos como las bacterias, hongos y plantas presentan una pared celular que cubre a la membrana. Dentro de la célula se encuentra el citoplasma, una solución de carácter líquido y viscoso donde se encuentran los organelos y donde ocurren los procesos metabólicos celulares (Glicólisis). En el interior de las células está el material genético en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Además, tienen enzimas y otras proteínas que mantienen el metabolismo activo.
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Características funcionales -
Metabolismo: las células transforman las sustancias que captan del exterior para obtener energía o transformarlas en otras sustancias con las cuales la célula se comunica. Los elementos que no cumplen ninguna función se denominan desechos y son eliminados.
-
Reproducción: toda célula proviene de otra, es decir, es el proceso en el cual una célula produce otras iguales o similares. Diferenciación: las células, conforme avanzan en tiempo, empiezan a tener funciones que otras células no tienen, este proceso se denomina diferenciación o especialización, permite que las células con el mismo ADN realicen funciones distintas, porque en ellas se expresan diferentes proteínas, por lo tanto, tienen diferentes formas y funciones. Señalización química: también llamada quimiotaxis, cada célula puede producir sustancias, las cuales sirven para comunicarse entre ellas.
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-
Evolución: los cambios hereditarios en los organismos pueden heredarse, ya que sufren cambios hereditarios que influyen en la adaptación de la célula a un medio en concreto.
Célula eucariota y procariota Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas. En las células procariotas, el ADN se encuentra de forma circular y no está delimitado por una membrana, pero se concentra en una porción de la célula que se denomina pseudonúcleo. En las células eucariotas, por el contrario, el ADN es lineal, está fuertemente unido a proteínas denominadas histonas y en este tipo de células el material genético se encuentra rodeado por una envoltura nuclear o carioteca. La membrana celular de los procariotas está rodeada por una pared celular externa que es elaborada por la propia célula. Ciertas células eucarióticas, incluyendo las de las plantas y hongos, tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la estructura de las paredes celulares procariotas. Mientras que, las células eucariotas no poseen pared celular.
(Porto, 2017). Esquema estructural de los dos tipos celulares, eucariota y procariota. Jorge
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En las células eucarióticas, proteínas de tipo estructural pueden unirse entre ellas, conformando el citoesqueleto, cuya función es transportar y sostener las sustancias dentro de las células, además, brinda ciertas señales dentro de la célula.
Mitocondrias (Porto, 2017). Modelo de formación de mitocondrias, según teoría de endosimbiosis.
Cuando los primeros organismos celulares aparecieron, debieron adaptarse a condiciones ambientales hostiles, especialmente por la baja concentración de O2 y las altas temperaturas. Estas células primitivas eran anaerobias, es decir, utilizaban rutas metabólicas independientes de oxígeno. Con la aparición de los primeros organismos fotosintéticos, los niveles de oxígeno aumentaron, apareciendo así organismos aerobios. Al coexistir ambas clases ocurrió un proceso llamado endosimbiosis, el cual consiste en que una célula anaerobia fagocita ingiere a una célula aerobia. Dentro del citoplasma de la célula anaerobia, la célula aerobia encontró un ambiente idóneo para realizar sus actividades metabólicas, por lo que se adaptó a estar en el interior de esta célula y esto dio origen a un organelo celular denominado mitocondria, la cual es la encargada de producir energía por un metabolismo oxidativo (obtención de energía usando el oxígeno).
Célula animal y vegetal Las células animales cuentan únicamente con membrana celular y carecen de una pared celular, pertenecen a organismos heterótrofos porque son incapaces de sintetizar su propio alimento, incorporando los nutrientes de los alimentos que poseen otros seres vivos, ya que no poseen cloroplastos con clorofila para la fotosíntesis. Además presentan Lisosomas funcionales para la digestión intra (dentro) y extracelular (fuera de le célula) (endocitosis y exocitosis). Veamos la imagen de la célula animal.
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(Morales, P. 2010). Célula animal. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en http://biologia.laguia2000.com.
La célula vegetal, en cambio, tiene una pared celular de celulosa, que hace que tenga rigidez. Además, estas células tienen los cloroplastos, con clorofila, gracias a ellos realizan la fotosíntesis y por eso son autótrofas.
Célula vegetal. Recuperada el 4 de agosto de 2017 en http://www.imagui.com.
Organelos celulares Al analizar una célula mediante microscopía óptica solo observaremos el núcleo, citoplasma y la membrana celular, pero en el microscopio electrónico, podemos observar que la célula tiene sus propios órganos internos, a los cuales denominamos organelos u orgánulos citoplasmáticos. Se denominan orgánulos llamados también organelos o elementos celulares a las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de una célula eucariota, que tienen una forma y unas funciones especializadas bien definidas y diferenciadas. La célula procariota normalmente carece de orgánulos. Jorge
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Núcleo Dirige la actividad celular ya que contiene el material genético (ADN) que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula. El nucléolo es una región del núcleo que se considera una estructura supra-macromolecular (gran compactación de moléculas) que no posee membrana que lo limite. Nucléolo El nucléolo es un organelo que se encuentra dentro del núcleo, se considera una estructura supra-macromolecular, que no posee membrana que lo limite. La función principal del nucléolo es la transcripción del ARN ribosomal por la polimerasa I, y el posterior procesamiento y ensamblaje de los pre-componentes que formarán los ribosomas.
(Porto, 2017). Esquema de conformación del núcleo en las células eucariotas.
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Membrana plasmática
(Porto, 2017). Esquema de conformación de la membrana celular.
La membrana plasmática, membrana celular, membrana citoplasmática o plasmalema, es una bicapa fosfolipídica que delimita toda la célula. Es una estructura formada por dos láminas de fosfolípidos, glucolípidos y proteínas que rodean, limitan la forma y contribuyen a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las células. Regula la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Es similar a las membranas que delimitan los orgánulos de células eucariotas. Mitocondria
(Porto, 2017). Mitocondria.
La mitocondria está formada por una red de cisternas rodeadas de su propia membrana. Posee su propio ADN (mitocondrial) que se hereda por línea materna. Es un organelo citoplasmático membranoso exclusivo de las células eucariotas y la principal función de las mitocondrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP, Jorge
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que es dependiente de la cadena transportadora de electrones, que es una serie de proteínas y enzimas encargadas de la producción de ATP y H2O por la oxidación (pérdida de electrones) y reducción (ganancia de electrones) de las mismas. Ribosomas
(Fernández, 2007). Esquema de conformación del ribosoma eucariótico con sus subunidades.
Son gránulos citoplasmáticos encontrados en todas las células. Se encuentran conformados por el ARN ribosómico y proteínas. Su función principal es la síntesis de proteínas que ocurre cuando en el núcleo se produce tanto ARNt y ARNm (en los procesos de transcripción) luego son codificados por el ARNr de los ribosomas (traducción). Están conformados por 2 subunidades, una mayor 60S y una menor 40S. Las proteínas formadas por los ribosomas tendrán distintas funciones, entre ellas habrá: -
Proteínas que formarán parte del citosol. Proteínas que construirán los elementos estructurales. Proteínas que componen elementos móviles en el citoplasma. Retículo endoplasmático liso (REL)
Es un orgánulo membranoso que se encarga de la síntesis de componentes de membrana, se presenta como una red de cisternas y fosfolípidos que comunica la membrana citoplasmática con la membrana nuclear. Además, participa en el almacenamiento de calcio, la detoxificación de drogas y el metabolismo de lípidos.
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Retículo endoplasmático rugoso (RER) Tambien llamado granular, es un orgánulo membranoso que participa en la síntesis de todas las proteínas que deben empacarse o trasladarse a la membrana plasmática o de la membrana de algún orgánulo. Se denomina rugoso porque está cubierto de ribosomas.
(Porto, 2017). Centriolo (Izquierda). Aparato de Golgi (Centro), Retículos endoplasmáticos (Derecha).
Peroxisomas Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Como la mayoría de los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariotas. Fueron descubiertos en 1965 por Christian de Duve. Inicialmente recibieron el nombre de microcuerpos y están presentes en todas las células eucariotas.
(Smith J, Aitchison J. 2013). Peroxisomes take shape. Nature reviews in molecular and cell biology.
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Aparato de Golgi Se lo considera una continuación del sistema de membranas del retículo endoplásmico, es un orgánulo membranoso que se encarga del transporte, maduración, acumulación y secreción de proteínas procedentes del RE. Está conformado por proteínas, lípidos y enzimas. Posee vesículas llamadas dictiosomas, que son liberadas directamente en el citoplasma. Vacuolas Son orgánulos membranosos que se encargan de eliminar el exceso de agua, desintegración de macromoléculas y el reciclaje de sus componentes dentro de la célula. No son propiamente organelos, sino más bien representan vacíos o huecos donde se almacenan sustancias. En la célula animal se forman sobre todo en procesos de endocitosis y exocitosis. En los protozoos existen vacuolas contráctiles que regulan el exceso de agua. Lisosomas Son orgánulos membranosos que se encargan de “eliminar sustancias”, o dicho de una manera más adecuada, de metabolizar sustancias, en su interior contienen enzimas líticas. Cuando un elemento ingresa a la célula por medio de endocitosis se forma una vacuola digestiva. Se considera lisosoma primario aquel que solo contiene enzimas, pero no una sustancia a degradar, mientras que cuando el lisosoma se une a una vacuola digestiva se denomina lisosoma secundario.
(Porto, 2017). Formación de Lisosoma primario y secundario.
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Cloroplastos
(Taiz & Zeiger, 2006). Cloroplasto y su estructura.
Son estructuras que se encuentran en las células eucariotas del reino vegetal, específicamente en aquellos que realizan fotosíntesis. En su interior contienen clorofila, pigmento que da el color verde a las plantas. Su función es producir la energía, se los considera análogos a las mitocondrias de las células animales. Al igual que las mitocondrias, se encargan de procesos metabólicos basados en la captación y reducción.
Citoesqueleto
(Porto, 2017). Estructura y conformación del citoesqueleto.
El citoesqueleto es un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células eucariotas, organiza las estructuras internas e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular. El citoesqueleto es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estructuras como los cilios y los flagelos) y desempeña un importante papel tanto en el tráfico intracelular (por ejemplo, los movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división celular.
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Centriolo Es un organelo de forma cilíndrica, estructurado por 9 tripletes de microtúbulos, que forman parte del citoesqueleto. Su principal función es la formación y organización de los filamentos del huso acromático o huso mitótico cuando ocurre la división del núcleo celular. Pili, flagelo y cilio Los cilios son organelos celulares cuya característica principal es presentar apéndices con aspecto de pelos que contienen una estructura central altamente ordenada, la cual se compone principalmente de microtúbulos que forman el axonema. Los cilios tienen varias funciones entre ellas las fundamentales son movimiento, absorción (porque aumentan la superficie de la célula) y secreción. El flagelo es un apéndice móvil con forma de látigo presente en organismos unicelulares y en algunas células de organismos pluricelulares como el espermatozoide. Su principal función es el movimiento y, al igual que los cilios, están formados por una estructura denominada axonema. Los pili o “pilus” Son estructuras en forma de pelo, más cortas y finas que los flagelos que se encuentran en la superficie de muchas bacterias. Los pili corresponden a la membrana citoplasmática a través de los poros de la pared celular y la cápsula que asoman al exterior. Su función principal es el intercambio de material genético de las bacterias, aunque en algunos casos puede ayudar en el movimiento de las mismas.
Funciones celulares Homeostasis Se puede definir como homeostasis al equilibrio casi constante de las funciones celulares ante los cambios del medio externo o interno. Toda célula tiene los mecanismos para mantener las concentraciones de sus variables metabólicas (concentración iónica intracelular, nivel de glucosa, etcétera.) de una manera constante. Dentro del ser humano existen varios procesos que se consideran como procesos pro-homeostasis, entre ellos tenemos: -
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Transporte de líquidos: esta función es comandada por el aparato cardiovascular, el cual se encarga de bombear la sangre constantemente. Síntesis de nutrientes: A través de los aparatos digestivo y respiratorio obtenemos los nutrientes esenciales para la función celular. Eliminación de los productos finales del metabolismo: los órganos que cumplen esta función se denominan emuntorios, los cuales son: - Pulmón: se encarga de eliminar el CO2 - Riñón: el principal órgano de eliminación, el riñón es capaz de filtrar todas las sustancias que nuestro cuerpo ya no necesita. - Aparato digestivo: se encarga de eliminar el sobrante de la alimentación en las heces. - Hígado: también se encarga de formar una sustancia denominada bilis, que también nuestro cuerpo tiene que eliminar. Regulación de las funciones corporales: los sistemas encargados de la regulación de las funciones corporales son:
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Sistema endócrino: conjunto de glándulas que producen secreciones (hormonas) que actúan como mensajeros intercelulares reguladores. Por ejemplo: La insulina pancreática regula el metabolismo de la glucosa. - Sistema nervioso: A través de las células nerviosas o neuronas, estas se conectan con el resto de tejidos del organismo, a manera de red, su función principal es enviar mensajes para que se realicen las funciones corporales. Inmunidad: Mecanismos de defensa contra patógenos (organismos nocivos) externos. Se basan en dos sistemas principales: - El sistema inmunitario: se especializa en la defensa del organismo, posee tipos celulares y proteínas específicas cuya función es destruir a los organismos macro y microscópicos que representen una amenaza. - Sistema tegumentario: formado por la piel, es nuestra primera barrera contra el ambiente externo y un aislante del medio interno.
Transporte a través de la membrana celular Recordemos que una de las funciones de la membrana celular es el transporte de sustancias hacia el interior de la célula (líquido intracelular) o hacia el exterior de la misma (líquido extracelular); este transporte se divide en 2 grandes grupos: transporte pasivo y transporte activo. Transporte pasivo
(Langley, 1982). Difusión simple a lo largo del tiempo en una célula.
El transporte pasivo es aquel que no requiere de energía producida por la célula, pues el movimiento de las sustancias se da gracias a la energía cinética que tienen las partículas, lo que los físicos denominan “calor”, el calor es la cantidad de movimiento que tienen las partículas: a mayor movimiento, mayor temperatura; mientras menos se muevan estas partículas, menos energía tendrán, por lo tanto, menor calor. Al entender la cinética del movimiento de partículas comprendemos que cuando la temperatura es igual a cero, las partículas se detienen; cuando las partículas se detienen no habría calor, por lo tanto, no habría energía liberada, lo que corresponde en la escala de temperatura a 0o Kelvin (0 absoluto). La finalidad del transporte pasivo es equiparar la concentración de cada solución Dado que las partículas se encuentran en constante movimiento por su propia energía cinética, podemos hablar de distintos tipos de transporte pasivo: difusión simple, difusión facilitada y ósmosis. Jorge
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Difusión simple
Difusión facilitada
Ósmosis
Se define como el paso de solutos (elementos sólidos en un medio líquido) a través de una membrana plasmática desde un medio de mayor concentración, hacia un medio de menor concentración de solutos. Es el paso de solutos desde un medio de mayor concentración a un medio de menor concentración, a través de la membrana plasmática por una proteína transportadora o canal. Es el paso de agua (H2O) desde un medio de menor concentración hacia un medio de mayor concentración, a través de una membrana plasmática.
(Langley, 1982). Esquema del transporte osmótico.
Transporte activo
A diferencia del transporte pasivo no usa la energía cinética propia de las partículas, sino la energía que produce la célula producto de sus ciclos metabólicos. Es decir, el transporte activo requiere de energía para el intercambio de sustancias. Otro punto que diferencia ambos procesos es el sentido del flujo. El objetivo del transporte pasivo es igualar concentraciones dentro y fuera de la célula, por lo que el paso de sustancias será de mayor a menor concentración; el objetivo del transporte activo es crear gradientes de transportación, por lo que este lo hace de menor a mayor concentración. Existen 2 tipos de transporte activo.
LEC: líquido extracelular Hay más concentración de Na LIC: líquido intra-celular
Hay más concentración de K
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(Langley, 1982). Modelo de acción del transporte activo.
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Transporte activo primario: es el paso de solutos desde un medio de menor concentración a uno de mayor concentración a través de la membrana plasmática mediante el uso de energía y por una proteína transportadora, el mejor ejemplo de este transporte en la bomba de Na-K ATP asa.
-
Transporte activo secundario: Es secundario al transporte primario, usa la energía producida por el transporte activo primario, dado que el primero crea gradientes de concentración, el transporte activo secundario aprovecha esta energía cinética acumulada para transportar solutos; al igual que el primario, usa una proteína transportadora y se puede presentar de 2 formas: o Co-transporte: cuando la proteína (llamada “simportador”) transporta 2 sustancias hacia el mismo lugar; como el simportador Na-glucosa, permite que con la entrada de glucosa ingrese el sodio. o Contra-transporte: cuando la proteína (antiporte) transporta 1 soluto a un lado de la membrana, mientras que la otra sustancia la transporta al lado contrario, es el caso del co-transportador Na+ - H+, este transporte permite el ingreso de Na+ y la liberación de H+, hacia el medio extracelular.
(Langley, 1982). Esquemas de co-transporte. Simporte y antiporte. Transporte transcelular
Este se basa en la formación de vacuolas a nivel de la membrana celular. Esta se encarga de englobar sustancias del medio externo o interno y transportarlas hacia el exterior (exocitosis) o transportarlas al interior (endocitosis), pero cuando hablamos exclusivamente del H2O se conoce como pinocitosis.
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(West, 2005). Modelos de transporte transcelular.
(West, 2005). Tipos de exocitosis. La secreción constitutiva no requiere un segundo mensajero
Nutrición celular La nutrición celular abarca los procesos por los cuales la célula adquiere los elementos necesarios para desarrollar sus funciones básicas (crecimiento, división, etcétera.). Los organismos vivos de acuerdo a la forma en la que adquieren los nutrientes necesarios pueden considerarse autótrofos (organismos fotosintéticos, reino vegetal) o heterótrofos (consumidores primarios y secundarios, reino animal, fungi, etcétera.). Los organismos heterótrofos necesitan obtener sus sustratos energéticos usando materia de otros seres vivos, ya que son incapaces de sintetizarla para alimentarse, esta característica es propia de las células del reino animal. Para que la nutrición celular se realice existen varios procesos intracelulares que son: Ingestióncaptación, digestión, metabolismo y excreción a) Ingestión o captación: Las moléculas esenciales se introducen a la célula por medio de dos procesos: permeabilidad o por endocitosis. Jorge
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Permeabilidad: Moléculas minúsculas atraviesan la membrana plasmática y se introducen directamente en el citoplasma mediante procesos como el transporte pasivo (difusión) o transporte activo. - Endocitosis: La célula engloba al nutriente para ingerirlo. La membrana celular se curva y se forma una hendidura que empuja la partícula, la rodea y permite su inclusión con el citoplasma. Existen dos tipos de endocitosis; la fagocitosis, se da cuando partículas grandes son envueltas por dos prolongaciones del citoplasma llamadas pseudópodos, formándose una vacuola digestiva, dentro de esta vacuola digestiva se encuentran macronutrientes que no pueden ser metabolizados, por lo que tendrá que fusionarse con lisosomas circulantes a fin de degradar al compuesto; este fenómeno se da en los fagocitos o células de defensa del sistema inmune. La pinocitosis es un proceso similar cuyo objetivo es obtener sustancias que se encuentran diluidas (H20 y solutos). b) Digestión: las moléculas se rompen en otras más pequeñas y son transformadas en sustancias de alto valor para la célula. Este proceso se da con la fusión de los lisosomas con la vacuola digestiva. c) Metabolismo: es la fase de procesamiento, aquí las células procesan las moléculas de nutrientes. Se rompen las moléculas complejas para producir energía y la célula utiliza esta para elaborar otras más complejas, así como para efectuar funciones como la respiración o el transporte celular. d) Excreción: las sustancias que no son útiles son expulsadas. A diferencia de los animales, las plantas son organismos autótrofos. La nutrición de las células vegetales es un proceso que inicia cuando la planta capta las sustancias del agua y el suelo a través de las raíces e ingiere los nutrientes por medio de fagocitosis o por el paso de ellos a través de la membrana plasmática.
División o reproducción celular El Ciclo celular Comprende la serie de sucesos que acontecen en la célula para su división, tiene 2 fases: la interfase y la división celular. a) Interfase: abarca todos los fenómenos que acontecen antes de la división celular, se divide en 4 subfases: 1. Fase G0: denominada fase quiescente, es aquella célula que aún no entra en el ciclo celular, las células altamente especializadas ya no realizan o células inmaduras que no han sufrido el estímulo correcto. 2. Fase G1: en esta fase la célula aumenta su volumen porque empieza a aumentar la síntesis de proteínas. 3. Fase S: esta es la fase en la cual se da la replicación del ADN 4. Fase G2: en esta fase la célula se está preparando para entrar en la división celular b) División celular: la división celular puede ser sexual o asexual, en las células del cuerpo humano solo ocurren 2 tipos de divisiones celulares asexuales las cuales son la mitosis y la meiosis.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Componentes del ciclo celular.
Mitosis La mitosis es la división de las células somáticas (células no sexuales) del organismo, tiene como objetivo crear 2 células idénticas a la célula madre. Es el ejemplo clásico de la fisión binaria en organismos procariotas y en organismos eucariotas, permite la renovación constante de tejidos, así como el crecimiento. La mitosis consta de las siguientes fases: I. II. III. IV.
Profase: el ADN se compacta y se empiezan a formar los cromosomas, la envoltura nuclear se empieza a desorganizar (desaparece). Metafase: en esta fase los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula (meta=mitad) y los centriolos migran a los polos celulares y forman el huso acromático. Anafase: en esta fase se separan los cromosomas hacia cada polo celular. Telofase: la célula se divide y la envoltura nuclear vuelve a organizarse para formar 2 células hijas idénticas a la madre.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Fases de la mitosis. El objetivo de la mitosis es formar células genéticamente iguales a la célula madre.
Meiosis La meiosis, al igual que la mitosis, es un tipo de división asexual. Únicamente se lleva a cabo en las células sexuales (espermatozoides y óvulos). El objetivo de la meiosis es mantener la especie, es decir, favorecer la variabilidad y el flujo genético, al favorecer intercambio genético entre línea paterna y materna. El producto de esta división son 4 células hijas distintas a la célula madre y con un material genético distinto al de la célula madre. La meiosis tiene 2 fases, una fase de reducción y otra fase de división: I.
Fase de reducción: a) Profase I: Al igual que la profase de la mitosis, comprende la organización del material genético celular, comprende las subfases:
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Leptonema (leptoteno): Los cromosomas comienzan a condensarse a partir de la cromatina. Cigonema (cigoteno): Los cromosomas homólogos (similares) se aparean, es decir se unen. Este contacto, que se denomina sinapsis, es exacto, ya que las cromátidas que se asocian lo hacen específicamente punto por punto. La estructura resultante se denomina cromosoma bivalente (porque está constituida por dos cromosomas). Continúa la condensación de los cromosomas. Paquinema (paquiteno): Se completa el apareamiento de los cromosomas homólogos, no hay fusión entre cromátidas, pero el contacto entre estas es estrecho. Los cromosomas se hallan enrollados y las cromátidas se hacen visibles; el par homólogo recibe el nombre de tétrada (cuatro cromátidas). Uno de los fenómenos más notorios que ocurre en esta etapa es el entrecruzamiento o crossing-over. Diplonema (diploteno): Los cromosomas homólogos comienzan a alejarse, aunque sin separarse totalmente. Quedan unidos por puntos aleatorios denominados quiasmas, dónde se da el entrecruzamiento. Diacinensis: Mientras continúa la condensación de los cromosomas, los quiasmas se desplazan hacia los extremos de los mismos, los cromosomas homólogos solo quedan ligados por estas zonas.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Subfases de la Profase I de la primera división meiótica.
a) Metafase I: o fase de alineación, los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial de la célula y los centriolos migran a los polos celulares y se forma el huso acromático. b) Anafase I: en esta fase se divide el número de cromosomas hacia cada polo de la célula, por lo que gracias a esta fase las siguientes células que se originen pasarán a tener la mitad del número de cromosomas que la célula madre. c) Telofase I: la célula se divide, la envoltura nuclear vuelve a organizarse y forma 2 células hijas. II.
Fase de división: Se da después de una virtual interfase o intercinesis y luego ocurren los pasos de la división, que es similar a la mitosis:
a) Profase II: en esta fase el ADN se compacta y se compactan los cromosomas, la envoltura nuclear desaparece. b) Metafase II: en esta fase los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula y los centriolos migran a los polos celulares y forman el huso acromático. c) Anafase II: se produce la separación de los cromosomas hacia cada polo de la célula. d) Telofase II: la célula se divide y la envoltura nuclear vuelve a organizarse para formar 4 células hijas con la mitad del número de cromosomas de la célula original.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Proceso de meiosis, a partir de la célula madre, se originan 4 células hijas con la mitad del material genético
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REPRODUCCIÓN Y HERENCIA Antecedentes históricos de la herencia A lo largo de la historia, la humanidad ha utilizado frases como “es idéntico a su padre” o “tiene las manos de su abuela”. Siempre hemos entendido que heredamos características de nuestros progenitores, pero, ¿cómo sucede este fenómeno? Para los griegos, las características que se adquirieron durante la vida podían ser transmitidas a los descendientes. Durante los siglos XVI y XVII, después de la invención del microscopio, varias teorías surgieron para explicar la herencia, aunque ninguna fue concluyente sino hasta el siglo XIX cuando investigadores como Charles Naudin (1815-1899) y Gregor Mendel (1822-1884) propusieron los fundamentos básicos para definir la herencia.
Conceptos Clave en genética a) Gen: Es una porción o fragmento de ADN que codifica información para la síntesis de un producto funcional molecular como por ejemplo una proteína. b) Rasgo o carácter: Atributo o rasgo heredable de naturaleza bioquímica, citológica, conductual, fisiológica, genética, moleculares, morfológica, o de cualquier otra naturaleza. c) Genotipo: constitución genética para el conjunto de los genes de un individuo. En las especies diploides (las cuales poseen dos copias de cromosomas, uno de origen materno y otro de origen paterno), en un locus (posición del genoma) en el que solamente se han encontrado dos alelos distintos (A y a), hay tres genotipos posibles:
Homocigoto dominante: AA
Heterocigoto: Aa
Homocigoto recesivo: aa
d) Homocigoto: También llamado puro, corresponde a la variación del genotipo en la que los dos alelos son iguales para un carácter. e) Heterocigoto: Correspondiente al término híbrido, presenta alelos distintos para un carácter. f) Fenotipo: Características físicas expresadas por el genotipo en un determinado ambiente, como tal, corresponden a los caracteres visibles que posee un individuo: color de ojos, tamaño de orejas, color de la flor, etc. En las especies diploides (dos juegos de cromosomas, uno de origen materno y otro de origen paterno) como el guisante, en un locus (posición del genoma) en el que solamente se han encontrado dos alelos distintos (A y a) y con dominancia de A sobre a (A>a), existen dos fenotipos posibles:
Fenotipo Dominante: A Fenotipo Recesivo: a
g) Dominante: es aquel que siempre se expresa cuando está presente, sin importar si está en condición homocigota o en condición de heterocigoto. h) Recesivo: corresponde al gen que solamente se expresa bajo condiciones de homocigosis, es decir, cuando las 2 copias heredadas corresponden a genes recesivos.
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Modelo de herencia recesivo. Leyes de Mendel. Obtenido de http://fisicaquimicabioloblog.blogspot.com el (5 de agosto de 2017)
Mendel postuló los principios fundamentales de la genética gracias a sus experimentos realizados con variedades de plantas de arvejas de la especie Pisum sativum. Él había estudiado estas plantas desde mucho antes de iniciar sus experimentos sobre la herencia y había logrado identificar varios tipos de plantas (variedades) que diferían entre sí en uno o más caracteres o rasgos. Seleccionó esta especie de arvejas porque presenta características que la hacen idónea para realizar este tipo de experimentos, como la presencia de caracteres claramente distinguibles:
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Forma de la semilla: lisa o rugosa Color de la semilla: amarillo o verde. Color de la Flor: púrpura o blanco. Forma de las legumbres: lisa o estrangulada. Color de las legumbres maduras: verde o amarillo. Posición de las flores: axial o terminal. Talla de las plantas: normal o enana.
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Caracteres de Psivum sativum estudiados por Mendel. Obtenido de https://pendientedemigracion.ucm.es. El (5 de agosto de 2017)
Basándose en estos resultados, Mendel propuso las dos siguientes Leyes de la Transmisión de los caracteres de una generación a las siguientes:
Primera ley o “Ley de la uniformidad de los caracteres” Las plantas híbridas (Aa) de la 1ª generación filial (F1) obtenidas por el cruzamiento de dos líneas puras que difieren en un solo carácter tienen todas la misma apariencia externa (fenotipo) siendo idénticas entre sí (uniformes) y se parecen a uno de los dos progenitores. Al carácter que se manifiesta en las plantas de la F1 (híbridos Aa) se le denomina dominante y al carácter que no se manifiesta se le denomina recesivo. Este resultado es independiente de la dirección en la que se ha llevado a cabo el cruzamiento. Ley de la uniformidad de los caracteres. Recuperado el 05 de agosto de 2017 en http://www.biologiaescolar.com.
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Segunda Ley o “Principio de la Segregación” La autofecundación de las plantas híbridas (Aa) procedentes del cruzamiento entre dos líneas puras que difieren en un carácter origina una 2ª generación filial (F2) en la que aparecen 3/4 partes de plantas de apariencia externa (fenotipo) dominante y 1/4 de plantas con apariencia externa (fenotipo) recesiva. De manera que el carácter recesivo reaparece en la F 2 y de cada cuatro plantas una tiene fenotipo recesivo. Este resultado se debe a que cuando los híbridos de la F1 forman sus gametos, los alelos del mismo locus segregan (se separan) dando lugar a dos clases de gametos en igual proporción, mitad de los gametos con el alelo dominante (A) y mitad con alelo recesivo (a). Esto sucede tanto por el lado femenino como por el lado masculino. Principio de la segregación. Obtenido de http://www.biologiaescolar.com. El (5 de agosto de 2017)
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Ejemplos de las leyes de Mendel. Recuperado el 05 de agosto de 2017 en http://www.biologiaescolar.com.
Con el objeto de facilitar la comprensión del fenómeno de segregación de los alelos y de los genotipos esperados en la descendencia, se usan tablas de doble entrada para señalar los genotipos de los padres, los gametos producidos por los mismos y los genotipos de los hijos resultantes al fecundarse dichos gametos. Además, conociendo los genotipos es posible saber los fenotipos de cada uno de los individuos. Esta representación se conoce como tablero de Punnet y explica la segregación de alelos en la formación de gametos en padres heterocigotos y el resultado esperado para la descendencia que puede representarse como proporción o porcentaje.
Tercera Ley o “Cruzamiento de 2 caracteres independientes” Mendel demostró esta ley con el cruzamiento de variedades de guisantes (líneas puras) que diferían en dos caracteres independientes. Dado que para observar el color de la flor es Jorge
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necesario sembrar las semillas y esperar que produzcan plantas adultas, Mendel para ahorrar tiempo y esfuerzos, prefirió estudiar caracteres que se manifestaban en las semillas, como la forma y el color de las semillas. Por tal motivo, cruzó plantas de semilla lisa y verde (AAbb) por plantas de semilla rugosa y amarilla (aaBB), obteniendo el siguiente resultado. La F1 que obtuvo fue uniforme con un genotipo (AaBb) y en cuanto al fenotipo todas las semillas eran lisas y amarillas, indicando este resultado que el carácter dominante para la forma de la semilla es el liso (A) y para el color de la semilla era el amarillo (B). Posteriormente, autofecundó las plantas de la F1 y la descendencia obtenida (F2) estaba formada por 9/16 de semillas lisas y amarillas, 3/16 de lisas verdes, 3/16 de rugosas amarillas y 1/16 de rugosas verdes. Dominancia completa: el aspecto externo del heterocigoto (Aa) se parece al de un homocigoto (AA), de manera que los individuos AA y Aa poseen la misma apariencia externa (Fenotipo A). El alelo (A) domina sobre el alelo (a) (A>a). Dominancia intermedia: el aspecto externo del heterocigoto (Aa) es intermedio entre el de los parentales homocigóticos (AA y aa). Por ejemplo, el color de las flores en Antirrhinum majus (Boca de dragón) presenta dominancia intermedia, de forma que cuando se cruzan plantas homocigóticas dominantes de flores rojas (AA) con plantas homocigotas recesivas de flores blancas (aa) se obtienen híbridos heterocigóticos (Aa) de flores color rosa.
GAMETOGÉNESIS
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(Moore, K. 2008). Gametogénesis.
La gametogenia (formación del gameto) es el proceso de formación y desarrollo de las células reproductoras especializadas, los gametos (espermatozoide y ovocito). Este proceso se puede clasificar en espermatogonia y ovogonia, en el que intervienen los cromosomas y el citoplasma de los gametos, prepara a estas células sexuales para la fecundación. Durante la gametogenia, el número de cromosomas se reduce a la mitad y se altera la forma de las células. El espermatozoide y el ovocito, los gametos masculino y femenino, son células sexuales. Cada una contiene la mitad de los cromosomas (haploide) presentes en las células somáticas (todas las de los aparatos y sistemas). El número de cromosomas se reduce durante la meiosis, un tipo de división celular. La maduración de los gametos se denomina espermatogenia en los hombres y ovogenia en las mujeres.
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GENÉTICA, MEDICINA Y SOCIEDAD Ingeniería genética y biotecnología La ingeniería genética es una nueva ciencia relacionada con la biotecnología y la manipulación o transferencia del material genético (ácidos nucleicos ADN o ARN). Tuvo sus inicios en 1973 con los investigadores Stanley Cohen y Herbert Boyer, con la creación del primer organismo géticamente modificado. En 1997, los investigadores Ian Wilmut y Keiyh Campbell, del Instituto Roslin de Edimburgo, clonaron el primer mamífero, denominado “Oveja Dolly”. A partir de la ingeniería genética nace la biotecnología. La biotecnología es una nueva ciencia que estudia e interrelaciona diferentes ciencias como la física, química, medicina, biología y matemáticas. La biotecnología busca generar nuevos productos a partir de organismos vivos o de sus productos para crear bienes o servicios en beneficio del ser humano. La ingeniería genética y la biotecnología incluyen un conjunto de técnicas biotecnológicas como la secuenciación del ADN (nació con el proyecto del genoma humano), la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), clonación, mutagénesis, transgénesis y terapia génica.
(Reyes, 2015). Biotecnología Vegetal: cultivo in vitro de tejidos vegetales.
Tecnología del ADN recombinante Es una técnica que consiste en identificar genes específicos, aislarlos y manipularlos en un organismo para “recombinarlo” en otro organismo. La técnica principal para obtener organismos recombinantes que se utiliza es la de transferencia de plásmidos a través de bacterias o levaduras al organismo de interés.
La secuenciación del ADN Un hito que marcó la historia fue la secuenciación del genoma humano completo, inició en 1990, tuvo como objetivo descubrir el código genético en los 23 pares de cromosomas en su totalidad, culminó en 2005. La secuenciación del genoma humano sirvió como base para poder secuenciar microrganismos más pequeños como Escherichia coli, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Saccharomyces cerevisiae, entre otros. En la actualidad, sirven como modelo para estudiar enfermedades, elaborar productos de interés, bioremediar suelos, etcétera.
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Reacción en cadena de la Polimerasa (PCR) Es una técnica a nivel molecular que aprovecha las propiedades enzimáticas de la enzima polimerasa para crear varias copias de un fragmento de interés a partir de pequeñas cantidades. Un ejemplo de esto es la detección de implicados en crímenes, en donde a partir de pequeñas cantidades de fluidos, se replica el ADN y se puede identificar al criminal.
Terapia génica La terapia génica es una técnica que involucra sustituir o añadir fragmentos de genes de interés de un organismo a otro. Entre las enfermedades que se han tratado hasta el momento ha sido la enfermedad del niño burbuja y la distrofia muscular de Duchenne.
(Fundación Mencía, 2016.) Representación esquemática del proceso de terapia génica en seres humanos.
Transgénesis Se conoce como transgénesis a la técnica de transferir, genes exógenos, fragmentos de interés de un organismo a otro diferente, a nivel genético a través de técnicas moleculares y de ingeniería genética. Generalmente, la técnica se la realiza a nivel de células germinales en etapa de fertilización del óvulo para nuevamente reimplantarlo en la hembra. De esta manera, tenemos un organismo transgénico creado a nivel de laboratorio.
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(Ris, 2006). Ejemplo de transgénesis en pollos usando células cultivadas con PGCs.
Animales transgénicos Los animales transgénicos son animales que han sido modificados genéticamente a través de la inserción de fragmentos (genes exógenos) de interés de un organismo en otro. Uno de los principales objetivos que tienen los animales transgénicos son: -
El modelamiento de enfermedades (peces brillantes “Glofish” la rana translúcida y ANDi, el primer primate transgénico) Producción de fármacos recombinantes (producción de proteínas recombinantes en leche). Animales más grandes para la alimentación (Salmón transgénico, vacas Belgian blue). Donación de órganos (xenotransplantes de cerdos) y mayor producción de productos de origen animal (ovejas con mayor producción de lana).
(Aquabounty, 2017). Salmón transgénico “Aqua Bounty”.
Clonación La clonación es un proceso a nivel genético y molecular por el que se consigue de manera asexual un organismo genéticamente idéntico a otro (a nivel de fenotipo y genotipo). Esto se puede realizar a partir de células somáticas o células sexuales del organismo donador. A partir de esta
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célula se extrae su material genético y se lo inserta en un nuevo óvulo para que, por diferenciación, se pueda originar el mismo organismo en una madre nodriza.
Clonación natural La clonación se genera de forma natural en la naturaleza, es muy común en organismos simples como las amebas y microrganismos unicelulares, plantas y hongos, que se reproducen de forma asexual.
Clonación reproductiva También se realiza la clonación reproductiva que tiene como objetivo buscar fines diferentes para el embrión. Esta técnica principalmente es aplicada en animales y está prohibida en seres humanos. Un ejemplo de ello es la creación de la “Oveja Dolly”, que fue clonada a partir de la célula de la ubre de su madre. El proyecto no tuvo éxito porque la oveja clonada envejeció muy pronto por el hecho de haber sido clonada de una célula somática que tuvo múltiples divisiones previamente, a diferencia de una célula sexual que no se ha dividido indefinidamente.
Clonación terapéutica Este tipo de clonación no tiene como objetivo clonar seres vivos como animales o humanos, sino más bien busca clonar órganos y tejidos. Es una técnica que ha tenido bastante acogida y avance en la ciencia. De esta manera, se clonan órganos o tejidos a nivel de laboratorio y se los puede trasplantar al paciente para curar sus enfermedades. Con esta técnica se evita el rechazo inmunológico por parte del paciente que recibe el órgano o el tejido donante.
Nanotecnología La nanotecnología es una técnica relativamente novedosa, la cual se encarga de manipular la materia a escala nanométrica (microscopios altamente tecnológicos). Esta técnica es capaz de manipular átomos y moléculas para fabricar productos a una microescala, pero altamente eficaces.
Aplicaciones En la investigación actual se busca crear nanomateriales que tienen las mismas características que los materiales a gran escala, pero son mucho más eficientes e inocuos para los organismos. Un ejemplo de ellos son los nanopolímeros que se utilizan en trasplantes de corazón y extracciones dentales.
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(Euroresidentes, 2015). Nanotecnología a nivel microscópico.
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ANATOMÍA, HISTOLOGÍA Y FISIOLOGÍA DE LOS TEJIDOS HUMANOS Tipos de tejidos básicos Recordando que las células son la mínima unidad funcional, biológica y genética de cualquier ser vivo, nos podríamos preguntar qué pasaría si ellas se agrupan entre sí, al agruparse células con la misma función tendremos como resultado un tejido. Dentro del cuerpo humano tenemos cuatro tejidos esenciales:
Tejido epitelial Es un tejido avascular, el cual se encarga de brindar protección a superficies internas y externas de los organismos, además de secretar sustancias a través de este y también se encarga de los procesos de absorción de nutrientes, lo podemos encontrar recubriendo nuestro cuerpo en forma de piel y mucosas. Hay tres tipos de tejidos epiteliales: a) De revestimiento o cubierta b) Secretores o glandulares c) Sensoriales o neuro epitelios
(Schnek & Massarino, 2008). Tejido epitelial de revestimiento.
Tejido conectivo Este tejido es uno de los más amplios existentes en el cuerpo humano, cumple con varias funciones como el soporte y la nutrición, está compuesto por células, fibras y matriz extracelular. La matriz extracelular está formada por polisacáridos y proteínas secretados localmente que forman una intrincada red. Los principales tejidos conectivos son: a) Tejido sanguíneo Jorge
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b) c) d) e) f)
Tejido conectivo laxo Tejido conectivo reticular Tejido conectivo óseo Tejido conectivo cartilaginoso Tejido conectivo adiposo
(Schnek & Massarino, 2008).Tejido conectivo adiposo.
Tejido muscular Es un tejido responsable del movimiento que tiene la capacidad de contraerse y relajarse, esto es llevado a cabo por ensambles de dos proteínas: (1) la actina y (2) la miosina. En el interior de sus células hay numerosos filamentos que cumplen con esta función; tenemos 3 tipos de células musculares:
a) Tejido muscular liso o visceral b) Tejido muscular estriado o esquelético c) Tejido muscular cardíaco
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(Schnek & Massarino, 2008).Tejido muscular.
Tejido nervioso Se especializa en la conducción y trasmisión de estímulos y es el encargado de conformar el Sistema Nervioso Central que compone el cerebro, la médula espinal y los nervios. Este tejido se compone de dos tipos de células como se menciona a continuación: a) Neuronas b) Células gliales
(Schnek & Massarino, 2008). Tejido nervioso.
Sistema Cardiovascular Está conformado por un sistema de tubos encargados de transportar la sangre y una bomba que le da la energía necesaria para realizar el movimiento de la misma. Estos tubos se conocen como vasos sanguíneos y la bomba como corazón. La función del aparato sanguíneo es transportar los nutrientes necesarios para que las células realicen sus funciones metabólicas normales y puedan transportar los desechos que producen estas, si se acumularan, causarían graves problemas en las células. El sistema circulatorio está formado, entonces, por el sistema cardiovascular que conduce y hace circular la sangre, así como el sistema linfático que conduce la linfa. En su trayectoria, la sangre recoge, a su vez, los productos de desecho del metabolismo y estos son eliminados por los órganos de excreción.
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio del ser humano.
-
Corazón: es un órgano musculoso encargado del bombeo de la sangre al cuerpo, está conformado por: -
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Ventrículo derecho: de aquí sale la arteria pulmonar. Ventrículo izquierdo: de aquí sale la aorta. Aurícula derecha: es la encargada de recibir la sangre de las venas cava superior e inferior. Aurícula izquierda: es la encargada de recibir las venas pulmonares. Válvulas aurícula-ventriculares: son las que separan a los ventrículos de las aurículas, la derecha se llama tricúspide, la izquierda mitral. Válvulas semilunares: son las que separan a los ventrículos de las arterias y son la válvula pulmonar y aórtica.
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(Texas Heart Institute, 2016). Corazón. La circulación se define como el movimiento continuo de sangre en nuestro organismo, tenemos dos tipos de circulación: -
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Vasos sanguíneos: son los conductos que llevan la sangre a los tejidos periféricos, estos los podemos clasificar de la siguiente forma: - Arterias: son vasos grandes, los cuales salen del corazón (nacen de los ventrículos). - Arteriolas: las arterias conforme van avanzando a través del cuerpo se van ramificando hasta que llegan a convertirse en arteriolas, que tienen una luz más pequeña y menos músculo liso. - Capilares: son los vasos encargados del intercambio de sustancias entre las células y la sangre. - Vénulas: las vénulas se forman cuando los capilares convergen hasta formar vasos de calibre similar a las arteriolas. - Venas: las venas son la convergencia de las vénulas y se definen como los vasos que llegan al corazón, quiere decir los vasos que desembocan en las aurículas
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema cardiovascular: vasos sanguíneos.
Circulación mayor Es el movimiento de sangre desde el corazón hasta los tejidos periféricos y de nuevo al corazón. En esta circulación, la sangre que se encuentra en las arterias se denomina oxigenada por tener gran cantidad de oxígeno y nutrientes, mientras que la sangre que se encuentra en las venas se denomina desoxigenada, porque tiene grandes cantidades de desechos celulares.
Circulación menor Es el movimiento de sangre desde el corazón hasta los pulmones y de vuelta al corazón, aquí las arterias llevan sangre desoxigenada y las venas llevan sangre oxigenada.
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(Texas Heart Institute, 2016). Circulación mayor y menor.
Ciclo cardíaco Es la serie de sucesos que ocurren cuando el corazón se contrae (sístole), hasta que se relaja (diástole). En la sístole las válvulas semilunares se abren y los ventrículos se contraen, mientras que en la diástole las válvulas aurícula-ventriculares se abren y las aurículas son las que se contraen.
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(Texas Heart Institute, 2016). Ciclo cardíaco.
Sistema cardionector Es un sistema especializado del corazón, se encarga de la generación de impulsos para que el corazón lata adecuadamente. En otras palabras, es el marcapasos del corazón y lo conforma:
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema cardionector.
Presión arterial sistémica Es la presión en el árbol arterial de la circulación sistémica que depende de la aorta y sus ramas y corresponde a la presión ejercida por la sangre expulsada por el ventrículo izquierdo en cada sístole. La presión sistémica, que suele ser cuatro veces más alta que la presión arterial pulmonar, no debe exceder de 140/80 mm Hg en los adultos, y sus valores normales en promedio son 120/80 mm Hg
Presión arterial pulmonar La presión arterial pulmonar normal se encuentra entre 18 y 25 mmHg para la sistólica, 6 a 10 mmHg para la diastólica y 12 a 16 mmHg para la presión media
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APARATO GENITOURINARIO Aparato genital masculino y femenino
Las gónadas funcionan como órganos endócrinos mediante la producción de estrógenos y progesterona en los ovarios y de testosterona en los testículos, además de eso, en estos órganos se forman los gametos sexuales (espermatozoides y ovocitos) necesarios para la transmisión genética a sus progenitores. El pene y la vagina son los órganos de la copulación mediante el coito, el pene es atravesado por la uretra y se abre en el meato uretral para expulsar el líquido seminal (líquido compuesto por espermatozoides y secreciones provenientes de la vesícula seminal y de la próstata) y la orina. En la mujer, el útero se encarga de albergar al producto de la concepción durante el periodo de gestación.
APARATO URINARIO Es el encargado de la eliminación de muchas de las toxinas producidas por el mismo organismo y de sustancias exógenas nocivas para el organismo mediante la formación y eliminación del a orina. Está compuesto por:
Riñones Son dos órganos macizos retroperitoneales situados en la región lumbar, uno a cada lado de la columna vertebral y por delante de esta. Tiene una forma de habichuela, por lo tanto, presenta dos bordes, uno externo y otro interno en el que se localiza una hendidura central denominada hilio renal. El riñón derecho está ligeramente más bajo que el izquierdo, ya que el hígado lo desplaza hacia abajo. Jorge
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Si realizamos un corte transversal, podemos observar que el riñón está formado por una médula renal compuesta por 6 a 8 segmentos triangulares llamadas Pirámides de Malpighi; por otro lado, también está formado por una corteza y un seno renal ubicado en el vértice de las pirámides donde se vacía la orina recién formada.
Podemos decir entonces que el riñón cumple principalmente las siguientes funciones:
Formación de la orina en el riñón. La formación y eliminación de la orina contribuye a la regulación del medio interno. Producción y secreción de eritropoyetina, que es necesaria en la producción de glóbulos rojos (hematopoyesis). Producción de renina que participa en la regulación de la presión arterial.
Cálices Mayores, Menores y Pelvis Renal En el vértice de las pirámides encontramos a las papilas en donde se vierte la orina hacia los cálices menores, de dos a tres cálices menores confluyen para formar un cáliz mayor, los cuales vierten hacia la pelvis renal.
Uréteres Son dos tubos largos, uno izquierdo y otro derecho, que se comunican por la pelvis renal con la vejiga urinaria. Tienen una longitud aproximada de 30 cm.
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Vejiga Es un saco membranoso que sirve como reservorio de orina entre las micciones. Su capacidad funcional total llega a ser de aproximadamente 2 litros, pero el reflejo de micción tiene lugar a los 500 ml. Situada dentro de la cavidad pélvica tiene forma de pera. Presenta una base ancha de forma triangular, en cuyos vértices superiores desembocan los uréteres. En el vértice inferior tiene su comienzo la uretra.
Uretra Es la parte final de las vías urinarias. En la mujer la uretra es muy corta (4 cm aproximadamente). En el varón mide unos 15 cm aproximadamente. La unión de la uretra con la vejiga presenta un engrosamiento muscular denominado esfínter uretral interno, formado por fibras musculares que forman el músculo detrusor de la vejiga.
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Filtración glomerular y formación de orina La unidad funcional renal se denomina nefrona. Aproximadamente existen 1 millón de nefronas por cada riñón, estas son las encargadas de la producción de la orina mediante tres mecanismos: Filtración glomerular: La nefrona se encarga de filtrar el plasma sanguíneo (parte líquida de la sangre sin células) a nivel del glomérulo renal. Secreción: Ciertas sustancias que no fueron filtradas a nivel glomerular, son eliminadas en todo el trayecto tubular. Reabsorción: Por otro lado, aquí se trata de volver a absorber sustancias que se filtraron demás en el proceso glomerular.
Aparato respiratorio Ventilación y respiración. El aparato respiratorio es el conjunto de órganos que se encarga de dos procesos fundamentales: la respiración y la ventilación.
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Ventilación: es el proceso por el cual se intercambian los gases desde el medio ambiente al interior de los alveolos, inspiración; y de los alveolos al medio ambiente, espiración. Washington
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Respiración: este proceso se da a nivel celular y consta de la captación de O2 por parte de las células para la respiración aerobia para la obtención de energía y la producción constante de CO2 por el metabolismo interno de las células, recordemos que el CO2 es un producto de degradación de la respiración aerobia.
(West, 2005). Diafragma, órgano importante para la respiración.
Para realizar estos 2 procesos podemos dividir aal tracto respiratorio en 2 partes: 1. Parte conductora o vías aéreas: se encargan de transportar el aire del medio ambiente hasta el interior de los alveolos y esta a su vez la podemos dividir en 2 partes, tomando como punto de división el inicio de la laringe: a. Vías aéreas superiores: fosas nasales, cavidad oral y la faringe b. Vías aéreas inferiores: laringe, tráquea y los bronquios 2. Parte respiratoria: es la continuación de las vías conductoras, en otras palabras, el lugar donde ocurre el intercambio gaseoso a nivel de los alveolos pulmonares.
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Fosas nasales Las fosas nasales son estructuras osteo-cartilaginosas que se encuentran constituidas por 4 paredes y 2 orificios. Los dos orificios son uno anterior, denominado narina; y otro posterior, denominado coana. Las fosas nasales se separan la una de la otra por el tabique nasal, que es cartilaginoso en su parte anterior y está formado por hueso en su parte posterior. Las fosas nasales se comunican con unas cavidades que se encuentran en la cara y se denominan senos paranasales (frontales, etmoidales, esfenoidales y maxilares), estos senos sirven principalmente para el proceso de resonancia de la voz, y vierten sus secreciones en el interior de las fosas nasales en unas estructuras llamadas cornetes nasales que se encuentran en número de 4 a 5 en los individuos.
Las fosas nasales tienen 2 funciones principalmente y para eso histológicamente se han dividido en 2 partes:
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Parte respiratoria: esta parte de las fosas nasales se encargan de 3 funciones, aparte del paso de aire como todas las vías respiratorias y son: o Filtración: en las fosas nasales se filtran las macropartículas del medio ambiente para evitar que lleguen a las vías aéreas inferiores mediante dos mecanismos, el primero por la turbulencia que causan los cornetes nasales y la segunda por la presencia de unos pelos que se encuentran en las fosas nasales que se conocen como vibrisas. o Calentamiento: esta función se cumple gracias a la gran vascularización que presentan las fosas nasales. o Humidificación: esta función también se da gracias a la gran vascularización Parte olfatoria: se conforma de neuronas, mismas se encuentran en el techo de las fosas nasales y se encargan de percibir los olores del exterior y transmitir el impulso al cerebro para su interpretación.
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Faringe La faringe es un órgano músculo-membranoso vertical que conecta al aparato respiratorio con el aparato digestivo, y se divide en 3 partes:
Nasofaringe o rinofaringe: se comunica con el orificio posterior de las fosas nasales (las coanas), y en ella se encuentran el orificio de la trompa de Eustaquio y las amígdalas tubáricas Orofaringe: se comunica con la boca a través del istmo de las fauces, y en ella se encuentran las amígdalas palatinas Laringofaringe: se comunica con la laringe a través de la glotis.
Laringe Es un órgano cartilaginoso que presenta en su mucosa unos pliegues que se denominan cuerdas bucales y que al pasar el aire a través de ellos genera vibraciones que producen la voz. La laringe está conformada por cartílagos pares e impares:
Cartílagos Cricoides (impar) Cartílagos Tiroides (impar) Epiglotis (impar) Cartílagos Aritenoides (pares) Cartílagos de Sartorini (pares) Cartílagos de Wrisberg (pares)
Las funciones de la laringe son:
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Protección: permite la desviación de los alimentos para que no entren en el tracto respiratorio Fijación: ante los cambios de presión en la caja torácica, la laringe no cede por su configuración Deglución: favorece el descenso del bolo alimenticio Función tusígena y de expectoración: es un mecanismo de defensa que permite la expulsión de bacterias y sustancia nocivas del tracto respiratorio Fonación: se da gracias a las cuerdas bucales que producen las vibraciones.
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Tráquea La tráquea es el conducto que continúa a la laringe y al igual que todas las vías respiratorias, su función es la del paso del aire. La tráquea tiene cierta característica a recalcar, tiene una capa mucosa en su interior, cuya función es producir moco, favorece la humidificación del aire y ayuda en la defensa de las vías aéreas, porque ahí se “pegan” las sustancias que lograron pasar las fosas nasales, y su epitelio, que es cilíndrico ciliado, permite la movilización de estas sustancias para luego ser deglutidas y así eliminadas. La tráquea está conformada de anillos cartilaginosos incompletos que tienen forma de “C”, en su parte posterior se encuentra unida por músculo liso, el cual permite ampliar o disminuir el diámetro del orificio traqueal mediante la dilatación y la contracción del músculo respectivamente. Estos anillos que se encuentran en número de 15 a 20 impiden que la tráquea se colapse, y así exista un flujo de aire continuo hacia los pulmones.
Bronquios En su parte inferior, la tráquea se bifurca en dos bronquios, el bronquio principal izquierdo y el bronquio principal derecho, y el punto de bifurcación se conoce como “Karina”. Los bronquios tienen una estructura similar a la de la tráquea con respecto a su mucosa, la capa interna, pero difieren en los cartílagos ya que estos presentan anillos completos, también debemos notar que entre el bronquio izquierdo y el derecho hay unas características que los diferencian por la presencia del corazón a este nivel. Característica Tamaño Jorge
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Bronquio principal derecho Corto E8-20
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Dirección Diámetro
Vertical Mayor
Horizontal Menor
TRÁQUEA
BRONQUIO PRINCIPAL IZQUIERDO
BRONQUIO PRINCIPAL DERECHO
BRONQUIOS SEGMENTARIOS BRONQUIOS LOBARES Los bronquios principales, una vez que entran en los pulmones, se dividen en bronquiolos lobares, uno por cada lóbulo del pulmón, esto quiere decir que el bronquio derecho se dividirá en 3 bronquios lobares y el izquierdo en 2 bronquios lobares, luego, estos sufren otra división más para formar los bronquios segmentarios, uno por cada segmento pulmonar.
Bronquilos Una vez que se han formado los bronquios segmentarios, estos sufren divisiones dicotómicas, y forman bronquiolos, así se dan 21 divisiones, las primeras 7 abarcan a los bronquios, las otras 14 son bronquiolos, los cuales tienen características distintas: 1. Epitelio: el epitelio, conforme avanzan las divisiones, se va “encogiendo”, empieza con un epitelio pseudo-estratificado cilíndrico ciliado, y luego se va transformando en cilíndrico, cúbico, hasta transformarse en plano a nivel alveolar. 2. Cartílago: de ser anillos cartilaginosos, el cartílago va disminuyendo hasta formar islotes cartilaginosos
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Aparato digestivo Generalidades Nos permite la ingestión, digestión y absorción de todos los nutrientes que ingerimos y también la excreción de ciertos productos de desecho. Está constituido por: TUBO DIGESTIVO SUPERIOR INFERIOR Boca (dientes, lengua) Yeyuno Faringe Íleon Esófago Colon (Intestino Estómago grueso) Duodeno Recto Ano
GLÁNDULAS ANEXAS Glándulas salivales (parótida, submaxilar y sublingual). Hígado Páncreas
Esquema general del Aparato Digestivo. Extraído de: http://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/exe/ciencias_naturales_nee/sistema_digestivo.html
Boca En esta región empieza propiamente la digestión (gracias a enzimas que contiene la saliva). Los dientes trituran los alimentos y las secreciones de las glándulas salivales los humedecen. En este segmento del aparato digestivo los alimentos son masticados, lubricados por la saliva y presionados por la lengua. En ella se forma una pasta húmeda y blanda llamada BOLO ALIMENTICIO, la cual desciende hacia la faringe. En la boca, la lengua (órgano muscular) se halla cubierta por la membrana lingual especializada para detectar el sabor de los alimentos debido a que posee las papilas linguales (filiformes,
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foliadas, circunvaladas y caliciformes) encargadas del sentido del gusto. Fuente especificada no válida. La boca limita hacia adelante con los labios y mejillas, lateralmente con las mejillas, hacia arriba con el paladar, hacia abajo con la base de la lengua y hacia atrás se comunica con la orofaringe a través del “Istmo de las fauces”. Fuente especificada no válida.
Cavidad bucal. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/anatomia-y-fisiologia-del-sistema.html
Faringe Es un tubo cilíndrico ubicado a nivel cervical, contiene tres segmentos: Nasofaringe: En relación hacia adelante con la cavidad nasal, aquí encontramos el orificio de la trompa faringotimpánica que conecta con el oído medio. Orofaringe: En relación hacia adelante con la cavidad oral, aquí encontramos a las amígdalas (cúmulos de tejido linfático) tubárica, palatina, faríngea y lingual (parte posterior de la lengua). Laringofaringe: En contacto con los cartílagos laríngeos. La faringe se encuentra sostenida mediante los músculos de la región del cuello además del contacto que presenta con los órganos adyacentes. La faringe funciona como un conducto mixto (debido a que ayuda tanto al paso del alimento proveniente de la cavidad oral como también al paso del aire proveniente de la cavidad nasal u oral). Durante la deglución la epiglotis se inclina y levanta la faringe. Luego se contraen las cuerdas vocales, cierran la glotis y sellan la faringe, por donde pasa el aire. Fuente especificada no válida.
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Faringe. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.paxala.com/la-faringe/
Esófago Es un tubo musculomembranoso que conecta a la faringe y al estómago, tiene una longitud aproximada de 22 cm en el adulto y presenta tres segmentos: cervical, torácico y abdominal. En todo su trayecto el esófago permite el paso del alimento de una manera gradual mediante contracciones segmentarias de su musculatura y de los alimentos líquidos mediante caída libre. Fuente especificada no válida. Termina a nivel abdominal en su unión con el estómago mediante un esfínter denominado “cardias”.
Esófago. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.paxala.com/el-esofago/
Estómago El estómago es una dilatación del tubo digestivo que comunica al esófago con el duodeno; tiene una capacidad que va de 1 a 1,5 litros. La mayor parte del estómago se encuentra situado en el epigastrio aunque ocupa también parte del hipocondrio izquierdo. El estómago tiene forma de J, se puede distinguir una porción vertical y otra horizontal, de tal manera que presenta las siguientes regiones:
El fondo gástrico, es la parte más alta del estómago. El cuerpo, está limitado a ambos lados por las curvaturas mayor y menor La porción pilórica o píloro, tiene forma de embudo y es la zona comprendida entre la incisura angular y el esfínter pilórico, que separa al estómago del duodeno.
Al finalizar, el bolo alimenticio se transforma en una masa estéril llamada quimo. Jorge
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Estómago. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.nutriciondietas.com/2014/04/28/nutricion-2/nutricion-digestion-en-el-estomago/
Intestino Delgado Es un tubo de aproximadamente 6 metros de longitud, formado por:
Duodeno: Es la parte fija, se comunica con el estómago. Aquí se vierten los jugos pancreáticos y la bilis para poder digerir los nutrientes debido a que estas sustancias poseen enzimas para esto. Yeyuno-íleon: Es la parte móvil. Se absorben todos los nutrientes y pasan al torrente sanguíneo. Termina a nivel de la válvula ileocecal que comunica el íleon con el ciego (intestino grueso).
Intestino delgado. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://mirandaalonzo.blogspot.com/2011/02/intestino-delgado.html
Intestino Grueso Se extiende desde la válvula ileocecal hasta el recto, mide en promedio de 1,5 a 2 metros de longitud. En todo su trayecto se forman las heces fecales gracias a que se da lugar a la absorción de agua. Está compuesto por: Ciego: Primer segmento del intestino grueso, ubicado por debajo de la válvula ileocecal; de esta estructura se desprende el apéndice vermiforme. Colon ascendente: Va desde la unión ileocecal hasta el ángulo hepático (debido a que se encuentra en relación con el hígado).
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Colon transverso: Va desde el ángulo hepático al ángulo esplénico (debido a que se encuentra en contacto con el bazo). Colon descendente: Va desde el ángulo esplénico hasta el colon sigmoideo. Colon sigmoide: Es la parte fija del intestino grueso, se dirige hasta el recto. Recto y ano: Segmento final del tubo digestivo.
Intestino grueso. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en https://colectivogist.wordpress.com/category/gist-en-intestino-delgado-gist-en-colon/ Glándulas Anexas Glándulas Salivales Encargadas de producir y secretar saliva a la cavidad bucal. Las encontramos a nivel del paladar, encías y mejillas; pero las más grandes en cuanto a tamaño son las glándulas parótidas, submandibulares y submaxilares. La saliva es un líquido alcalino, transparente, acuoso y algo viscoso que sirve para humedecer la membrana mucosa y para ayudar a preparar los alimentos para la digestión. Fuente especificada no válida.
Glándulas salivales. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://parotiditis.org/glandulas-salivales/
Hígado Es la víscera más grande del cuerpo humano, ubicada en el cuadrante superior derecho del abdomen. Su función es elaborar y secretar bilis hacia la vesícula biliar donde se almacena, la bilis es un líquido secretado hacia el duodeno y ayuda en la digestión de los nutrientes debido a que contiene enzimas. El hígado, además, detoxifica al organismo mediante el metabolismo y eliminación de desechos que son eliminados junto con la bilis hacia la luz intestinal y excretados a través de las heces fecales. Fuente especificada no válida. Jorge
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Páncreas Glándula de secreción mixta, debido a que produce hormonas como son la insulina y el glucagón encargados de la regulación de los niveles de glucosa en sangre (glicemia).Por otro lado, produce jugo pancreático, el cual es excretado hacia el duodeno que al igual que la bilis contiene enzimas necesarias para la digestión de los nutrientes. Fuente especificada no válida.
Hígado y Páncreas. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en https://www.menudiet.es/articulo-dietapara-el-higado
Aparato osteomuscular El sistema osteomuscular forma parte del aparato locomotor, el cual se encarga de conferir la capacidad de movilidad a los seres vivos. Está formado por los huesos y músculos. Fuente especificada no válida. Huesos – tejido óseo: Es una variedad de tejido conectivo que se caracteriza porque su sustancia fundamental se encuentra calcificada, por lo que le confiere su gran dureza. Histológicamente el hueso está formado por las siguientes células:
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Osteocitos: Son las verdaderas células óseas, ubicadas en el centro del hueso. Osteoblastos: Son las células encargadas de la formación de hueso. Osteoclastos: Son células encargadas de la resorción ósea (destrucción del hueso).
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Estructura de un hueso largo. Recuperado en https://www.educa2.madrid.org/web/argos/inicio//book/atlas-de-histologia19?_book_viewer_WAR_cms_tools_chapterIndex=1584edcd-97a7-41f9-b8ae34577200c068
Morfológicamente, a los huesos se los clasifica en:
Huesos largos: En los que la longitud predomina sobre su anchura y espesor. (Ej: húmero, fémur, tibia). Estos huesos están formados por un cuerpo (diáfisis) y sus extremidades (epífisis), y entre las dos encontramos al cartílago epifisiario a partir del cual se permite el crecimiento longitudinal del hueso. Huesos anchos (planos): En los que la anchura predomina sobre su longitud y espesor. (Ej: Ilíaco, omóplato. Frontal, occipital) Huesos irregulares: En los que no existe un claro predominio de ninguna de sus dimensiones. (Ejemplo: Huesos carpianos, huesos tarsianos).
Funciones del hueso: FUNCIÓN Soporte Protección Almacenamiento
Hematopoyesis
DESCRIPCIÓN Los huesos actúan como sitios de fijación de músculos y tendones. Confieren protección a órganos vitales como el corazón, pulmones y encéfalo. El 99,9% del calcio corporal total se almacena en el hueso en forma de sales minerales (fosfato de calcio) y le confiere rigidez al hueso. En los huesos largos existe un canal en su interior llamado canal medular y en el tejido óseo esponjoso de los huesos anchos encontramos a la médula ósea, encargada de la producción de las células sanguíneas (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas).
Huesos – Anatomía: El cuerpo humano está compuesto por 206 huesos, aunque este número suele variar debido a la presencia de huesos inconstantes (sesamoideos), distribuidos de la siguiente manera. Fuente especificada no válida.
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Esqueleto humano. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://jeniferaral.blogspot.com/.
Región Cabeza
Huesos Total Cráneo: Frontal, Parietal (2), Temporal (2), Occipital, Etmoides, Esfenoides/ Oído: Martillo (2), yunque (2), estribo (2)
28
Cara: Maxilar superior (2), malar (2), lagrimal (2), cornetes (2), palatino (2), nasal (2), vómer, mandíbula. Cuello
Vertebras cervicales (7), Hioides
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Tronco
Columna vertebral: Región torácica (12), región lumbar (5), sacro (1), cóccix (1) /Costillas: 12 pares, esternón, clavícula (2), omóplato (2)
48
Miembros superiores
Brazo: Húmero / Antebrazo: Cúbito y radio / Mano: Carpo (8), metacarpo (5), falanges (14) *
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Miembros inferiores
Cadera: Ilíaco/ Muslo: Fémur / Rodilla: Rótula /Pierna (Tibia y peroné) /Pie: tarso (7), metatarso (5), falanges (14)
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Músculos El cuerpo humano contiene aproximadamente 650 músculos, los cuales se fijan a los huesos mediante inserciones tendinosas o carnosas constituyendo de esa manera el sistema osteomuscular. Los músculos poseen las propiedades de contracción y estiramiento debido a que sus células (miofibrillas) tienen una elasticidad considerable. Fuente especificada no válida. El tejido muscular se clasifica en:
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Característica Ubicación Tipo de movilidad Características histológicas
Músculo liso Vísceras huecas Involuntario Un solo núcleo Sin estrías
Músculo esquelético Fijado al hueso Voluntario Dos o más núcleos Presencia de estrías
Músculo cardíaco Corazón Involuntario Un solo núcleo Sin estrías
Aparato tegumentario En este aparato los componentes principales son la membrana cutánea (piel), sus estructuras complementarias (pelo, escamas, plomas, cuernos, uñas, glándulas exocrinas) y sus productos (sudor y secreciones).
(Schnek & Massarino, 2008). Aparato tegumentario.
Aparato reproductor: masculino y femenino Estos son los encargados de permitir la reproducción de los seres vivos para mantener la especie. Jorge
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(Schnek & Massarino, 2008). Aparato reproductor masculino.
(Schnek & Massarino, 2008). Aparato reproductor femenino.
Sistema endócrino Este sistema se encuentra constituido por las glándulas de nuestro organismo, las cuales son las encargadas de regular las funciones del cuerpo.
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(Schnek & Massarino, 2008). Sistema endócrino.
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Y AUTÓNOMO Encéfalo El término encéfalo hace referencia a los órganos del Sistema nervioso central (SNC) que se encuentran dentro de la bóveda craneal, los cuales incluyen (bulbo raquídeo, protuberancia anular, cerebelo, mesencéfalo, diencéfalo, telencéfalo).
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Telencéfalo (cerebro)
Representa la parte más voluminosa del encéfalo, tiene forma ovoide y mide aproximadamente 16 cm en sentido AP; 14 cm en sentido transversal y 12 cm en sentido vertical. Pesa aproximadamente 1.200 gr en el hombre y 1.000 gr en la mujer, ocupa la fosa cerebral y se encuentra sobre los pisos anterior y medio de la base de cráneo, la tienda del cerebelo lo separa de la fosa cerebelosa. Está dividido en dos hemisferios cerebrales por la fisura longitudinal del cerebro (cisura interhemisférica), dichos hemisferios se encuentran unidos por medio de las comisuras interhemisféricas, están excavados por los ventrículos laterales, en la zona de unión con el diencéfalo se encuentra el cuerpo estriado. Comisuras interhemisféricas
Cuerpo calloso Fórnix (trígono) Comisura blanca anterior Comisura epitalámica (blanca posterior). Septum pellucidum (septum lúcidum) Romboencéfalo
Está formado por estructuras situadas entre la médula espinal y el mesencéfalo, estas son el bulbo raquídeo, la protuberancia anular y el cerebelo, entre estas estructuras se encuentra el 4to ventrículo cerebral. Se alojan por debajo de la tienda del cerebelo, por tanto son estructuras infratentoriales. Jorge
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Bulbo raquídeo Tiene la forma de una pirámide ensanchada hacia arriba, va desde el arco anterior del atlas a la parte media de la superficie basilar del occipital. Su longitud es de 3cm aproximadamente. Se relaciona hacia abajo y adelante con el vértice del diente del axis y hacia atrás con la membrana atlantooccipital posterior, hacia atrás se relaciona con el cerebelo, hacia arriba continúa con la protuberancia. Protuberancia anular o puente de Varolio Está situada por delante del cerebelo y conecta el bulbo raquídeo con el mesencéfalo, mide aproximadamente 2,5 a 3 cm de altura. Cerebelo Está situado en la fosa cerebelosa y piso inferior del cráneo. Es alargado en sentido transversal y mide aproximadamente 10 cm de ancho, 5 de alto y 6 en sentido AP. Se une al tallo cerebral por medio de los pedúnculos cerebelosos, presenta tres caras: superior, inferior y anterior y un borde circunferencial. Médula espinal La médula espinal es un cordón blanquecino cilíndrico de 42 a 45 cm de longitud (en el adulto), 2 a 4 cm de diámetro en los ensanchamientos y 1 cm en el resto. Su límite topográfico superior es el arco anterior del atlas que corresponde a la decusación de las pirámides, su límite topográfico inferior está a nivel de L1 o L2 y corresponde al cono medular. Continúa hasta el cóccix por el filum terminale. SEGMENTOS:
Porción superior: hasta la 3ra vértebra cervical. Ensanchamiento o intumescencia superior: C3 a D3. (Frénico y P. braquial) Médula dorsal: 3ra a 9na o 10ma dorsal. (nervios intercostales) Ensanchamiento o intumescencia inferior: D9-10 a L2 (P.lumbar y sacro) Cono medular o terminal 2da lumbar Filum terminale termina en el cóccix.
Sistema nervioso autónomo Es la parte del sistema nervioso que regula la acción involuntaria en sitios como los intestinos, el corazón y las glándulas, inerva el músculo liso vascular y visceral, las glándulas endocrinas y exocrinas, y células pertenecientes a diversos sistemas y órganos.
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Este sistema responde muy rápido, de manera eficiente y continuamente a los cambios internos o externos que pueden perturbar la homeostasis corporal. Se subdivide en sistema simpático y parasimpático. FUNCIONES
Tiene un control parcial sobre la presión arterial, La motilidad y secreciones gastrointestinales, El vaciamiento de la vejiga urinaria, La sudoración, La temperatura corporal, La regulación del músculo cardíaco, del músculo liso y muchas otras funciones viscerales del organismo.
Meninges El sistema nervioso central está recubierto por tres membranas de tejido conjuntivo, las meninges:
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Duramadre, la lámina más externa. Aracnoides, bajo la duramadre. Piamadre, sobre la superficie del sistema nervioso central.
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Duramadre Formada por tejido colágeno plexiforme y resistente a la tracción, representa una especie de esfera hueca, que de una parte tapiza la superficie craneal y de otra la masa encefálica, proporciona a los nervios y vasos que salen del cráneo prolongaciones tubulosas (vainas durales), forma los senos venosos de la duramadre que recogen la sangre del encéfalo y órbita, se divide en perióstica y meníngea. Piamadre Es una delicada lámina de tejido conjuntivo formada de fibroblastos planos modificados que se adosan a la superficie del encéfalo introduciéndose por los surcos y circunvoluciones. Contiene gran cantidad de vasos sanguíneos y continúa con su capa peri vascular, los vasos piales y del plexo coroideo poseen una profusa inervación simpática proveniente de algunos nervios craneales y de los plexos vertebral y carotídeo Aracnoides Esta membrana tiene dos componentes: La capa más externa o capa aracnoidea está formada por células muy agrupadas, cuyo espacio intercelular es casi nulo y muy abundante en uniones estrechas y desmosomas. La porción más interna de la aracnoides está formada por células aracnoideas trabeculares, formando un entramado laxo que conforma ángulo recto con la capa aracnoidea y que atraviesa el espacio subaracnoideo.
Líquido cefalorraquídeo Se forma a partir de los plexos coroideos, sale de los ventrículos por los agujeros de Luschka y Magiendie, es reabsorbido por el sistema venoso a través de las granulaciones de Pacchioni, xonstituye, una protección mecánica del neuroeje, establece un equilibrio osmótico con los capilares y favorece la nutrición del tejido nervioso, permite la eliminación de productos de deshecho del metabolismo celular.
Irrigación del encéfalo Las arterias que irrigan al sistema nervioso central provienen de dos fuentes: las carótidas internas y las arterias vertebrales
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SISTEMA INMUNE Y HEMATOPOYÉTICO El plasma sanguíneo es un fluido amarillento, con una viscosidad baja y translúcido que es la matriz líquida donde están suspendidos los elementos formes. La sangre se encuentra en un medio isotónico, con lo que asegura el estado íntegro de los elementos formes. El plasma sanguíneo conforma el 55% de la composición de la sangre.
Linajes celulares En el tejido sanguíneo nosotros podemos encontrar 2 componentes: el plasma y los elementos figurados de la sangre, que son las células que se encuentran en el tejido sanguíneo. El plasma es una mezcla de agua, proteínas y otros electrolitos que permiten realizar distintas funciones en la sangre. Mientras que los elementos figurados de la sangre son 3 líneas celulares principalmente: los glóbulos rojos (eritrocitos), los glóbulos blancos (leucocitos) y las plaquetas (trombocitos). Eritrocitos Estas células tienen una forma de discos bicóncavos, y tienen la característica de no tener núcleo celular, lo cual no significa que sean células procariotas, sino que estas células han evolucionado tanto a través del tiempo para realizar su función, la cual es el transporte de los distintos gases (O2, CO2, etc.) desde los pulmones hasta los tejidos periféricos. Los eritrocitos realizan sus funciones gracias a su estructura, en su citoplasma contienen una proteína cuaternaria que se denomina hemoglobina, cuya función principal es la de unión del O2 para su transporte al resto de tejidos. Su membrana, que tiene varios componentes (espectrina, ankirina, proteína de banda 1,3, etc), los cuales le permiten al eritrocito atravesar los capilares, permiten su deformación para atravesarlos sin problemas. Los eritrocitos miden aproximadamente 7.5 um y se encuentran en la sangre en número de 3.5 a 5.5 X106, su número depende de varios factores, entre ellos se mencionan: altura (la presión de oxígeno), sexo, edad y raza. Leucocitos Los glóbulos blancos son células que se encargan de la defensa del organismo, de forma didáctica los podemos dividir en dos grupos: los granulocitos y los agranulocitos. Granulocitos
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Neutrófilos: los neutrófilos son células que se encargan de la fagocitosis de los microorganismos patógenos que podrían atacar al cuerpo humano, presentan tanto gránulos azurófilos, como específicos, y su núcleo se encuentra segmentado, por lo
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que también se los conoce como polimorfonucleares, y en sus formas juveniles, su núcleo aún no se segmenta por lo que se los denominada en “cayado”, porque su núcleo tiene forma de C. Se encuentran en número de 4000 a 6000 cel/ml de sangre. Eosinófilos: los eosinófilos son células que se tiñen de un color rosado ante la tinción, de ahí su nombre, tienen gránulos que contienen sustancia P, la cual es importante para la destrucción de parásitos helmintos (gusanos), y también se encuentran envueltos en reacciones de hipersensibilidad, mediadas por IgE. Se encuentran de 50 a 500 cel/ml de sangre. Basófilos: estas células tienen gránulos que se pintan fuertemente de color azul, y en su interior contienen una sustancia llamada histamina, la cual se encarga de la dilatación de los vasos sanguíneos y la constricción de los bronquios respiratorios, y se liberan en estados de alergia. Estas células, al entrar en el tejido conectivo, producen las células cebadas. Se encuentran de 0 a 150 cel/ml de sangre. Agranulocitos:
Linfocitos: tenemos 2 tipos de linfocitos, los T (de timo) y los B (Bone marrow), los cuales revisaremos con mayor detalle más adelante en el mismo capítulo, pero como introducción, ellos son los encargados de la defensa adaptativa o específica y se encuentran en número de 1000 a 4000 cel/ml de sangre. Tienen un núcleo grande en relación a su citoplasma. Monocitos: los monocitos son las células precursoras de los macrófagos en el tejido conectivo, y se encuentran en número de 100 a 450 cel/ml de sangre. AGRANULOCITOS LINFOCITOS MONOCITOS
NEUTRÓFILOS
GRANULOCITOS BASÓFILOS
EOSINÓFILOS
Plaquetas Las plaquetas son células que se encargan de la coagulación, no son células propiamente dichas, son fragmentos celulares que provienen de un tipo celular llamado megacariocito, se encuentran en número de 250 000 a 450 000 células por ml de sangre y en su interior presentan gránulos alfa y gránulos densos, que ayudan en su función de la coagulación.
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Formación de las células sanguíneas Todas las células de la sangre antes descritas provienen del mismo progenitor en la médula ósea que se conoce como la célula madre hematopoyetica, esta célula produce cada uno de los linajes los cuales se dividen en 2 el linaje linfoide y el linaje mieloide (eritrocitos, neutrofilos, basofilos, eosinofilos, plaquetas y monocitos). Todos los estadios de cada célula se resumen en la siguiente
imagen.
Sistema inmunológico Para la defensa del organismo nosotros tenemos un sistema especializado que se denomina sistema inmune, este sistema es el encargado de defendernos en contra de organismo que nos quieran afectar, denominados patógenos; aunque también nos defiende de sustancias químicas que puedan alterar la función del cuerpo. Jorge
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El sistema inmunitario de nuestro organismo lo podemos dividir en dos grandes grupos: Sistema inmunitario innato El sistema innato cuenta con todas las estructuras que se encargan de brindarnos una primera respuesta ante un patógeno, esta respuesta es rápida e inespecífica, entre sus componentes tenemos: Piel: el sistema tegumentario es nuestra primera barrera de defensa, no solo nos brinda una barrera física que nos defiende contra patógenos, sino también secreta sustancias (defensivas), que nos ayudan a destruir patógenos Fagocitos: son células que se encargan de fagocitar a las bacterias y destruirlas dentro de su citoplasma, entre ellas podemos encontrar a los neutrófilos y macrófagos. Complemento: es un grupo de proteínas que ayudan a la destrucción de ciertos patógenos que cumplan ciertas características. Linfocitos (NK): a diferencia del resto de linfocitos, ellos son inespecíficos y nos ayudan para la defensa de virus y células tumorales.
Sistema inmunitario innato
Sistema inmunitario adquirido El sistema inmunitario adquirido se da después que el innato, y a diferencia del anterior, este requiere de un tiempo para poder activarse, pero es mucho más específico que el innato; así que este actúa de una manera mucho más eficaz en contra de la eliminación de patógenos, este lo podemos dividir en dos tipos: Defensa humoral: la defensa humoral hace referencia a la producción de anticuerpos, los anticuerpos son proteínas que nuestro cuerpo produce en contra de un antígeno, mientras que un antígeno es cualquier molécula que es capaz de despertar la respuesta del sistema inmune. Las células encargadas de producir anticuerpos son los linfocitos B y las células plasmáticas Jorge
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Defensa celular: este tipo de defensa sirve para ayudar a las células que están fagocitando o produciendo anticuerpos a que puedan hacerlo de una forma más adecuada mediante la producción de citosinas, los encargados de este proceso son los linfocitos CD4 o Helper. Mientras que, por otro lado, tenemos un grupo de células que se encargas de destruir a células que se encuentran infectadas por bacterias o virus; también nos ayudan en la defensa de células tumorales, para que estas no se desarrollen, estas células se denominan linfocitos CD8 o citotóxicos.
Sistema Inmunitario adquirido.
Hipersensibilidad La hipersensibilidad se produce cuando nuestro cuerpo reacciona de una manera inapropiada a los antígenos ajenos, por lo que no solo causan la desaparición del patógeno, sino que también causan daño al organismo. Se ha clasificado a la hipersensibilidad según el tipo de mecanismo que tiene para producir el daño de la siguiente forma. HIPERSENSIBILIDAD I o inmediata
MECANISMO Es mediada por la IgE, la cual se une a los receptores de los basófilos y eosinófilos y los activa, para que secreten sus gránulos II o mediada por Se crean anticuerpos contra las receptor células del organismo, los cuales pueden ser activadores (agonistas), o producir su bloqueo (antagonistas) III o mediada por Los anticuerpos al unirse a su inmunocomplejos antígeno se depositan en los capilares de los tejidos, y ahí producen daño al tejido donde se inserten.
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EJEMPLO Anafilaxia
Enfermedad de graves
Glomerulonefritis estreptocócica
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IV o tardía
Esta hipersensibilidad es mediada por Test de montoux. los linfocitos T citotoxicos (CD8) y se caracteriza por que la reacción tarda en iniciarse
ORGANOS DE LOS SENTIDOS El sentido del olfato Se encuentra constituido por un Aparato receptor, el sistema de transmisión, centros primarios intracraneanos, centros corticales, vías de asociación Las fosas nasales se encuentran limitadas por paredes óseas que son: pared superior, inferior, interna, externa y dos orificios un anterior y un posterior La mucosa nasal o pituitaria tapiza las paredes y se prolonga en las cavidades paranasales. El aparato receptor se encuentra situado en la mucosa pituitaria de la parte superior de las fosas nasales, extendido hacia la parte superior del tabique y hacia el cornete superior y regiones adyacentes.
Sentido del tacto El sentido del tacto es aquel que permite a los organismos percibir cualidades de los objetos y medios como la presión, temperatura, aspereza o suavidad, dureza, etc. En el ser humano se considera uno de los cinco sentidos actuales. El sentido del tacto se halla principalmente en la piel, órgano en el que se encuentran diferentes clases de receptores nerviosos que se encargan de transformar los distintos tipos de estímulos del exterior en información susceptible para ser interpretada por el cerebro. La piel se divide en tres capas: epidermis, que es la capa superficial, la dermis y la hipodermis que es la capa más profunda. La epidermis está constituida por tejido epitelial y en su estrato basal o germinativo encontramos la denominada melanina, que es el pigmento que da color a la piel, y la dermis por tejido conjuntivo. En esta capa encontramos los anejos cutáneos que son las glándulas sebáceas, las glándulas sudoríparas, el pelo y las uñas y la hipodermis formada por tejido conjuntivo adiposo. Jorge
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Debemos tener en cuenta que aunque principalmente el sentido del tacto se encuentra en la piel, también lo encontramos en las terminaciones nerviosas internas del organismo, pudiendo percibir los altos cambios de temperatura o el dolor. Por lo que es el más importante de los cinco sentidos permitiéndonos percibir los riesgos para nuestra salud tanto internos como externos. La parte que gobierna el tacto en el cerebro es el lóbulo parietal.
Sentido de la visión El ojo es el órgano de la visión y está formado por el globo ocular y el nervio óptico, la cavidad orbitaria contiene el ojo y sus apéndices (músculos extrínsecos), la región orbitaria es el área de la cara superpuesta a la órbita y al globo ocular, e incluye los párpados superior e inferior y el aparato lagrimal. Constitución del globo ocular Mide aproximadamente 23 a 24mm de diámetro, está rodeado posteriormente por la vaina fascial del globo ocular (fascia bulbar o cápsula de Tenon); y hacia adelante por la conjuntiva bulbar, el espacio epiescleral, situado entre la vaina fascial y la capa externa del globo ocular facilita los movimientos oculares. Las dimensiones principales que caracterizan la geometría del globo ocular son el eje antero-posterior con una dimensión promedio de 24 mm, en el plano ecuatorial, el eje horizontal presenta un valor de 23,5 mm., el eje vertical es ligeramente más corto con una dimensión de 23 mm, radio anterior de curvatura de la córnea de 7,11 mm. Continente del globo ocular
Túnica externa: esclerótica y córnea Túnica media o vascular: coroides, cuerpo ciliar, iris. Túnica interna: nerviosa o retina
Contenido del globo ocular El humor acuoso es un líquido incoloro producido por los procesos ciliares y que se ubica en las cámaras anterior y posterior del ojo. Drena en el seno venoso de la esclera situado en el ángulo iridocorneal. La cámara anterior es un espacio ubicado entre la córnea y el iris-pupila, posteriormente, la cámara posterior se encuentra entre el iris pupila y el cristalino-cuerpo ciliar hacia atrás. El Cristalino. - es una lente biconvexa transparente y elástica que se encuentra entre el iris y el cuerpo vítreo, está cubierta por una cápsula elástica, por medio de la cual se une a los procesos ciliares a través de las fibras zonulares de la zónula ciliar o de Zinn (ligamento suspensorio) Jorge
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Aparato suspensor, Zónula de Zinn. - van de la cara interna del cuerpo ciliar a la periferia del cristalino, forman una membrana circular cuya parte periférica se interpone entre los procesos ciliares y el cuerpo vítreo. El cuerpo vítreo. - ocupa las 2/3 partes del globo ocular, está ubicado entre el cristalino y la zónula adelante, y la retina atrás; en su parte anterior está deprimido por la cara posterior del cristalino (fóvea patellaris), otra depresión se encuentra en la papila, está constituido por la membrana hialoidea que rodea al humor vítreo. El humor vítreo. - es un líquido transparente de consistencia gelatinosa, se encuentra atravesado por el conducto hialiodeo (Cloquet-Stilling)
Aparato de la audición El oído es el órgano receptor de las ondas acústicas para ser transportadas por las vías auditivas a la corteza auditiva (temporal), también asegura el equilibrio a través de las vías vestibulares. Se encuentra constituido por tres partes:
Oído externo: constituido por estructuras que permiten la recepción de las ondas acústicas y las transmiten al oído medio. Oído medio: constituido por estructuras que transmiten las vibraciones producidas por las ondas acústicas hacia el oído interno. Oído interno: formado por cavidades óseas que contienen vesículas membranosas y donde se encuentran los receptores nerviosos para la audición y el equilibrio. Oído interno
Está formado por cavidades óseas excavadas en el espesor de la porción petrosa del temporal, constituyen el laberinto óseo, en cuyo interior existe una serie de sacos que forman el laberinto membranoso, el laberinto membranoso contiene la endolinfa, y por fuera de esta se encuentra la perilinfa, en las paredes del laberinto membranoso se encuentran los receptores nerviosos. Oído medio Es una cavidad llena de aire excavada en el hueso temporal, situada entre el oído externo y el oído interno, contiene una cadena de huesecillos. Consta de:
Cavidad timpánica Trompa auditiva (Eustaquio) Celdas mastoideas Oído externo
Está constituido por dos partes: Pabellón auricular: lámina cartilaginosa revestida de piel, plegada sobre sí misma y que se encuentra por detrás de la articulación temporomaxilar y por delante de la apófisis mastoides. Jorge
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Conducto auditivo externo: va desde la concha de la oreja hasta la membrana timpánica. Tiene dos porciones: una cartilaginosa y otra ósea, ambas revestidas de piel.
Sentido del gusto Es el sentido responsable de la percepción de los sabores principalmente gracias a las yemas o papilas gustativas, y las sensaciones gustativas primarias se dividen en las siguientes a) Sabor agrio: este sabor está causado por los ácidos, es decir, la concentración del ion hidrógeno y la intensidad de esta sensación es similar o proporcional al logaritmo de la concentración del ion hidrógeno, esto es, cuanto más ácido sea un alimento más acido lo siente nuestra lengua. b) Sabor salado: se despierta por las sales ionizadas, especialmente por la concentración del ion sodio, por lo tanto los cationes de las sales sobre todo el catión sodio son los responsables del sabor salado, aunque los aniones contribuyen en menor medida. c) Sabor dulce: entre los causantes de este sabor están los azúcares, glicoles, alcoholes, aldehídos, cuerpos cetónicos, amidas, esteres, algunos aminoácidos, algunas proteínas pequeñas. d) Sabor amargo: este, al igual que el sabor dulce, no se origina por varias sustancias, dos clases de sustancias son las principales 1) las sustancias orgánicas de cadena larga que contienen nitrógeno y 2) los alcaloides Sabor umami: la palabra umani tiene un origen japonés que significa “delicioso” se utiliza para designar una sensación gustativa agradable que resulta diferente desde el punto de vista cuantitativo, se da por estimulación del receptor gustativo para el L-glutamato, y se estimula por los alimentos que contienen este receptor
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NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA Niveles de organización En la materia viva existen varios grados de complejidad, denominados niveles de organización. Dentro de los mismos podemos diferenciar niveles abióticos (materia no viva) y niveles bióticos (materia viva). Los diferentes niveles son:
Nivel subatómico: •Integrado por las partículas subatómicas que forman los elementos químicos (protones, electrones, neutrones). Nivel atómico: •Son los átomos que forman los seres vivos y que denominamos bioelementos: primarios( función estructural), secundarios (función estructural y catalítica) y oligoelementos o elementos vestigiales ( función catalítica). Nivel molecular: •En él se incluyen las moléculas, formadas por la agrupación de átomos (bioelementos). A las moléculas orgánicas se les denomina Biomoléculas o Principios inmediatos. Estos principios Inmediatos los podemos agrupar en dos categorías, inorgánicos (agua, sales minerales, iones, gases) y orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) Nivel celular: •Donde encontramos a la célula (primer nivel con vida). Dos tipos de organizaciones celulares: Eucariota (Células animales y vegetales) y Procariota (la bacteria). Nivel pluricelular: •Constituido por aquellos seres formados por más de una célula. Surge de la diferenciación y especiación celular. En él se encuentran distintos niveles de complejidad: tejidos (son conjuntos de células de origen y forma parecida que realizan las mismas funciones), órganos (conjunto de tejidos diferentes que realizan actos concretos), sistemas (son conjunto de órganos parecidos, al estar constituidos por los mismos tejidos) y aparatos (formado por órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, realizan actos coordinados para construir lo que se llama una función biológica) Nivel población •Los individuos de la misma especie (aquellos que son capaces de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil) se agrupan en poblaciones (individuos de la misma especie que coinciden en el tiempo y en el espacio
Nivel ecosistema •Las poblaciones se asientan en una zona determinada donde se interrelacionan con otras poblaciones (COMUNIDAD O BIOCENOSIS) y con el medio no orgánico (BIOTOPO). Esta asociación configura el llamado ECOSISTEMA.
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Reinos de la Biología Los organismos vivos para su estudio se engloban en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Dentro del dominio de Eukarya se encuentran los reinos: protista, fungi, plantae y animalia, todos ellos organizados por células eucariotas. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria incluyen el reino Eubacteriae. El dominio Archaea abarca las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariotas. Los cinco reinos de la vida agrupan a los tres millones de clases de seres vivos que incluyen microorganismos, plantas y animales. Clasificación Animalia
- Multicelulares, eucarióticos y heterótrofos. - Incluye vertebrados e invertebrdos. - Mamíferos, reptiles, peces, aves
Plantae - Multicelulares, eucarióticos, autótrofos (realizan fotosíntesis). - Células con pared externa. - Pino, ciprés, eucalipto, rosa, maíz, trigo
Fungi - Multicelulares, eucarioticos, heterótrofos. - Poseen paredes celulares que contienen quitina - Inluyen hongos, levaduras, zetas, mohos. Son descomponedores primarios.
Protista - Unicelulares o multicelulares eucariotas. - Carecen de sistemas orgánicos complejos. - Incluyen protozoos, flagelados, ciliados.
Archeobacter - Proteobacterias, unicelulares procariotas - Se encuentran en ambientes extremos. - Incluyen los filums metanógenos, halófilos, termoacidófilos
Eubacter - Llamadas bacterias verdaderas. - Unicelulares, procariotas con variedad de tipos metabolicos y estructuras (pili, flagelos) - Incluye Streptococcus, Treponemas, Helycobacter.
Debido a la elevada variedad de la vida se han establecido numerosos niveles de clasificación denominados taxones. El nivel de Reino era hasta hace poco el nivel superior de la clasificación biológica. En las clasificaciones modernas, el nivel superior es el Dominio o Imperio; cada uno de los cuales se subdivide en Reinos, los Reinos, a su vez, pueden organizarse en Filos, etcétera. Los niveles más importantes de la clasificación biológica se muestran a continuación: Jorge
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(Taiz & Zeiger, 2006). La organización taxonómica de los reinos de la vida. El nombre científico de una especie en nomenclatura binomial está dado por el género y la especie.
BIOLOGÍA ANIMAL Sistema circulatorio de los animales Los animales tienen dos tipos principales de sistemas circulatorios: abierto o cerrado. Sistema circulatorio abierto Los sistemas circulatorios abiertos se encuentran en muchos invertebrados, entre ellos, los artrópodos, crustáceos, arañas, insectos y los moluscos como caracoles y almejas. Estos animales tienen 1 o más corazones, una red de vasos sanguíneos y un espacio abierto grande dentro del cuerpo llamado hemocele. El corazón bombea sangre a través de vasos que vacían al hemocele, dentro del hemocele la sangre baña directamente a los tejidos y órganos internos. Cuando el corazón se relaja, la sangre regresa a los vasos sanguíneos a través de las aberturas de las válvulas. En la siguiente imagen se puede observar la circulación abierta de un insecto.
(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio abierto.
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Sistema circulatorio cerrado Los sistemas circulatorios cerrados también se encuentran en varios invertebrados como la lombriz de tierra y los moluscos muy activos como los calamares y pulpos. Sin embargo, son característicos de todos los vertebrados, incluido el ser humano. En los sistemas circulatorios cerrados, la sangre está confinada al corazón y a una serie continua de vasos sanguíneos, estos sistemas permiten un flujo más rápido de la sangre, un transporte más eficiente de los desechos y nutrientes, además de generar una presión sanguínea más alta que en los sistemas abiertos. En la siguiente imagen se puede observar un sistema circulatorio cerrado de animales vertebrados.
(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio cerrado de varios vertebrados.
Sistemas Ambientales En 1869, el biólogo alemán Ernest Haeckel acuñó el término ecología a partir de dos palabras griegas: oikos que significa “casa” o “lugar donde se vive” y logos que significa “estudio de”. La ecología es el estudio de cómo interactúan los organismos entre sí y con su ambiente no vivo de energía y materia.
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SISTEMAS AMBIENTALES
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Relaciones no lineales: Pequeñas causas pueden tener grandes efectos en dicho sistema
Sistema: Conjunto estructurado de componentes y variables que muestran relaciones entre ellos y operan en conjunto como todo un complejo de acuerdo con las pautas observadas.
COMPLEJIDAD:
Diferentes estados de equilibrio de los elementos integrados llevando a tener procesos que algunos casos pueden ser irreversibles. Existencia de varios efectos para una misma causa (divergencia). Los efectos son causas de sus causas y hacen que el comportamiento del sistema es más difícil de predecir. Sistemas imposibles de reproducir con exactitud en un ambiente controlado de laboratorio.
Propiedades sistemas ecológicos
IMPOSIBILIDAD DE CONTROL
Cada intento por separar solo una porción del sistema implica una modificación, distorsión de todo el sistema en sí. Se recomienda experimentos in situ, ya que supone un gran instrumento de análisis del entorno sin afectar en cada uno de los componentes del sistema estudiado.
IRREPETITIBILIDAD DE LAS MEDICIONES:
Cada vez que se observa un fenómeno natural, dicho evento se ejecuta de manera única e irrepetible volviéndose imposible su análisis detallado y exacto. Por ejemplo en una tormenta eléctrica cada uno de los rayos desprendidos de este sistema, su intensidad y frecuencia, así como cantidad, son únicos en cada evento que se produzca.
Cada sistema en la naturaleza cuenta además con diferencias en cuanto a su locación y temporalidad observada, comportándose de maneras muy diferentes en cada una de ellas. Ante ello los sistemas ambientales demandan de un esfuerzo multidisciplinario por diferentes áreas del conocimiento como: biología, hidrología, ecología, geología etcétera.; y su interacción con medios biológicos para poder interpretar adecuadamente cada uno de los elementos integrados en cada uno de los sistemas ambientales.
Sistemas de sustentación de la vida en la tierra La Tierra, un planeta dinámico que experimenta cambios a corto y largo plazo, en respuesta a las cambiantes condiciones ambientales causadas por los procesos naturales y por nuestras actividades, en él, se tiene la interacción de partes importantes para el sostenimiento de la vida, como lo son:
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Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
(Educanimando, 2016). Nuestro sistema de sustentación de la vida.
Atmósfera -
Capa muy fina, solo el 0,5% del radio terrestre (30 km acumulan el 99% de la masa de la atmosfera) Formada por una mezcla de gases y partículas en suspensión Ligadas a la superficie terrestre por la fuerza de la gravedad. Nuestra atmósfera moderna está conformada por diferentes gases: Gases permanentes
Concentración prácticamente constante en espacio y tiempo (tiempos de residencia del orden de miles de años, masa gas/tasa de eliminación). Componente Nitrógeno Oxígeno Argón Neón Helio Hidrógeno Xenón Criptón Jorge
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Símbolo N2 O2 Ar Ne He H Xe Kr 6
de
% en volumen (aire seco) 78.08 20.95 0.93 0.0018 (18 ppmv) 0.0005 (5ppmv) 0.00005 (0.5 ppmv) 0.08 ppmv 0.00011 (1.1 ppmv)
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Gases variables Su concentración depende del tiempo y de la posición.
Componente Vapor de agua
Símbolo H2O
Dióxido carbono Ozono
de CO2 O3
Metano
CH4
Observaciones Entre 0 y 5% en volumen. Depende de la temperatura del aire y de la presencia de fuentes de humedad. Hoy en día unas 350 ppmv. Depende de procesos naturales (respiración, disolución en el mar) y antropogénicos (combustibles fósiles). Depende de la radiación solar y de la circulación atmosférica (cambios estacionales). Reacciones con CFCs. Concentración actual 1.7 ppmv. Está aumentando un 0.6% cada año, probablemente por actividades humanas. Actualmente 0.3 ppmv. Combustibles fósiles Actualmente entre 0.05 y 0.2 ppmv. Gas venenoso en altas concentraciones. Combustibles fósiles
Óxido nitroso N2O Monóxido de CO carbono
A medida que la atmósfera avanza hacia el espacio presenta variaciones en su composición, las capas de la atmósfera se definen en función de la evolución de la temperatura con la altura:
Con formato: Izquierda, Sangría: Izquierda: 1,27 cm, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
CAPAS DE LA ATMÓSFERA
TROPOSFERA
MESOSFERA
ESTRATOSFERA
Su espesor depende de la latitud. 16 km en los trópicos y 8 km en los polos.
Capa más cercana al suelo. La temperatura disminuye con la altura (en promedio 6.5 ºC/km). Presencia de fenómenos meteorológicos.
IONOSFERA
Altura aproximada de 50 km.
Se extiende entre los 50 y los 80 km aproximadamente.
Sinónimo: Termosfera.
Alberga la “capa de ozono” (20-30 km).
La temperatura desciende con la altura.
Se encuentra a 500km de altura.
Capa extremadamente estable y con escasos movimientos verticales.
La fuente de energía en esta capa es el calor de la estratosfera
La temperatura aumenta con la altura debido a la absorción de la radiación UV en la capa de ozono
Con formato: Normal, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La radiación solar descompone las moléculas de N2 y O2 formando capas ionizadas y causando el aumento de la temperatura.
EXOSFERA:
Es la última capa atmosférica, se encuentra a 9600km.
No existe gravedad en este punto y los átomos que llegan hasta aquí escapan al espacio.
Con formato: Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
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Hidrósfera -
La hidrósfera actual del planeta incluye: - Mares con un 71% - Ríos, lagos, agua subterránea y nieve que es agua dulce con un 3%, del cual el 98% de esta última se encuentra congelada en los polos.
Ciclo del Agua Es uno del ciclo más importante para la vida en la tierra, en donde ocurren cambios físicos del agua debido a la interacción con el ambiente. El ciclo hidrológico del agua tiene dos tipos que son: -
-
Ciclo interno: En el que el agua que se encuentra en el manto de la tierra sale a través de erupciones volcánicas y fuentes hidrotermales y se combina con el agua de la superficie de mares, lagos u océanos. Ciclo Externo: o también llamado ciclo hidrológico del agua, comienza con la evaporación del agua de los océanos y a medida que el vapor de agua asciende reduce su temperatura condensándose y volviendo a su estado líquido formando la lluvia, y si esta agua cae en regiones muy frías se transforma en hielo, su estado sólido. Esta interacción constante del agua con el ecosistema le permite establecer distintas fases a medida que cambia su estructura física: Evaporación, Condensación, Precipitación, Infiltración, Escorrentía, Fusión y Solidificación.
(Universidad Complutense de Madrid, 2014). Ciclo Hidrológico.
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Geosfera -
Composición química: La composición de rocas y suelo fundamentalmente se conforman por: Magnesio 2%, hierro 5%, sodio 3%, potasio 3% y fósforo 2%, calcio 3%, aluminio 8%, silicio 27%; además de CO2 y H2O. Estos elementos se unen en el manto y al ascender a la corteza denominándolas minerales.
-
Conforme la tierra comenzó su proceso formativo tuvo una serie de cambios estructurales importantes, conforme estos de realizaban a través de millones de años el planeta fue formando diferentes estructuras. -
El núcleo: se encuentra en la parte interna del planeta, se compone principalmente de dos estructuras: un núcleo interno formado por elementos densos que migraron hacia el núcleo como: hierro (Fe) 80%, níquel (Ni) y un núcleo externo que rodea al primero que se encuentra formado por hierro, níquel y otros elementos más ligeros como: oro, mercurio, uranio etcétera. La importancia de esta estructura radica en los movimientos de rotación que tiene el núcleo interno respecto a la tierra conocida como efecto corolis, lo que permite a la tierra generar su campo electromagnético que interactúa con el campo electromagnético del sol evitando que este pueda afectar la atmósfera terrestre (pérdida de la vida en el planeta).
-
El Manto: una esfera de 3000km de espesor que recubre al núcleo, se encuentra estructurada principalmente de hierro y magnesio. Estos elementos no se encuentran fundidos ya que la temperatura a la que se encuentran es menor a la de núcleo, pero al encontrarse en contacto con este permite un flujo de partículas y calor desde la parte interna hacia la parte externa y viceversa, lo que se conoce como corrientes de convección.
-
Corteza: es una fina capa externa del planeta, se encuentra a una temperatura muy inferior a las anteriores y esto le permite poseer una estructura sólida, pero con una densidad mucho menor al manto; esto le permite desplazarse por encima de él y lo conocemos como el movimiento de placas continentales. Podemos igualmente distinguir dos tipos de corteza:
Corteza continental:
Con formato: Se encuentra formando continentes e islas, su espesor es de 13 y 65 km y presenta diversasIzquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. irregularidades que conocemos como cordilleras, valles, etcétera. Esta estructura cubre el 35%8 del planeta y es en donde se asienta una gran diversidad de organismos vivos.
Corteza oceánica:
Presenta un espesor de 6 a 12km y es mucho más densa que la anterior, forma todo el fondo de los océanos y pueden llegar a formar cordilleras y formaciones volcánicas que al liberar su magma dan origen a islas como por ejemplo las Islas Galápagos.
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Biosfera -
Todo el dominio donde se encuentra la vida. Zona de vida relativamente delgada, de 20 km, que se extiende desde el lecho más profundo de los océanos hasta la cúspide de las montañas más altas.
A un sistema ecológico mayor se lo conoce como ecósfera, término que abarca todos los organismos vivos en la tierra (existentes en la biosfera) integrados con el espacio físico en el que habitan, formando una gran red de interacción con un constante flujo de energía cuya principal fuente es el sol.
Crecimiento, regulación y cambio poblacional En un biotopo se encuentra un gran número de individuos de una misma especie y esta agrupación se conoce como población. Todas las plantas, los microorganismos y los animales de una comunidad interaccionan de diferentes formas como por ejemplo por competencia, por alimento o lugares de reproducción, por lo tanto una población es un grupo de organismos de la misma especie que responden a los mismos factores ambientales y se mezclan libremente unos con otros, y una comunidad hace referencia a la interacción entre individuos de varias especies. A nivel de población se desea conocer que tan grande debe ser el tamaño de la población para garantizar que se produzcan suficientes descendientes con el fin de que la población persista. También nos interesa saber si en la existe suficiente variabilidad genética para permitir la adaptación evolutiva a cambios ambientales. Se define una especie como una población o un grupo de poblaciones que están aisladas genéticamente de otras especies.
Interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema En Ecología se denomina nicho ecológico a la posición de interacción de una especie o una población en el ecosistema; es decir, es la función u ocupación (profesión) que desempeña un individuo o una población en un ecosistema, también describe no solo a factores bióticos, sino además a factores abióticos y antrópicos con los que los organismos se relacionan. En algunos casos, con la introducción de especies a ecosistemas diferentes, existe un desequilibrio, ya que dichas especies entran en competencia con especies autóctonas por un mismo nicho ecológico y esto genera un desplazamiento de estas últimas sobre población de las primeras generando plagas que alteran seriamente el ecosistema. Las interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema se pueden clasificar en asociaciones: Asociaciones intraespecíficas Llamamos asociaciones a las relaciones entre los individuos de la misma o varias especies para conseguir un objetivo. Las intraespecíficas son las que se ocurren entre individuos de una misma especie. Las poblaciones las podemos organizar de diferentes maneras. Los miembros de las poblaciones pueden vivir aislados o forman familias. La familia: es un grupo que está formado por individuos que tienen relaciones de parentesco. En la familia hay dos partes diferenciadas: los individuos reproductores y los descendientes jóvenes. Jorge
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MODELOS DE FAMILIA
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Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
Monógama
Constituida por una pareja de reproducción y su prole
Polígama
Consta de un macho y varias hembras o de una hembra y varios machos.
Matriarcal
Formada por una hembra y las crías. La hembra se encarga del cuidado de las crías y el macho las abandona
Patriarcal
Constituida por el macho y las crías. En este caso es la hembra la que los abandona y el macho el que se encarga del cuidado de las crías
Poblaciones gregarias
Estas poblaciones se dan cuando individuos de diferentes especies que durante la mayor parte de su vida viven aislados, en determinadas épocas se reúnen formando grupos. Constituyen entonces las poblaciones gregarias.
Colonias
Se dan en organismos marinos. La unión entre los miembros de la colonia es tan grande que es muy difícil distinguir a cada uno de ellos.
Sociedades
Solo se dan en insectos. Los individuos que forman una sociedad son distintos unos de otros y tienen diferentes funciones.
Asociaciones interespecíficas
Con formato: Título 4, Sangría: Izquierda: 0 cm, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto
Estas asociaciones se producen entre individuos de distintas especies, entre poblaciones diferentes. -
-
-
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Competencia interespecífica: es la relación que se produce entre los individuos de dos o más especies, que viven en un mismo lugar y tienen necesidades semejantes. Cuando dos o más especies ocupan el mismo nicho ecológico, tienen las mismas necesidades en su vida cotidiana, de modo que competirán resultando una de ellas ganadora y desplazando al resto. Normalmente las especies que ocupan un mismo hábitat tienen nichos diferentes. Depredación: es la relación por la cual los individuos de una especie se comen a los de otra sin que estos últimos desaparezcan. Los individuos pueden ser depredadores de ciertas especies y a la vez presas de otras. Simbiosis: llamamos simbiosis a la relación entre individuos de dos especies que se proporcionan beneficio mutuo. Con esto queremos decir que sobreviven mejor juntos que separados. Hay simbiosis temporales y permanentes. Parasitismo: es cuando una especie vive a expensas de otra sin causarle directamente la muerte. El beneficio es para el parásito y el perjudicado el hospedador. Según el lugar donde viven podemos hablar de ectoparasitismo y endoparasitismo. Mucho se han relacionado las afecciones causadas por parásitos intestinales en el cuerpo humano, pero en estos últimos años se ha evidenciado el rol importante de ciertos parásitos como el Ascaris lumbricoides en la modulación de la respuesta inmunitaria.
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Comensalismo: este tipo de interacción se origina cuando una especie se beneficia de otra y esta segunda no se ve afectada por dicha interacción. Un ejemplo muy claro se da en los océanos cuando una ballena o tiburón surcan sus aguas, se puede observar que ligados a estos mamíferos se encuentran pequeños peces que se alimentan de los residuos que desechan. Mutualismo: este tipo de relación se presenta cuando ambas especies al relacionarse logran beneficiarse mutuamente hasta el punto en que una no puede vivir sin la otra en un estrecho vínculo de cooperación. Un ejemplo que podemos encontrar en la amazonia ecuatoriana es el mutualismo entre la planta de genero Tococa sp de la familia Melastomataceae y hormigas de la familia Formicidae, las cuales protegen a la planta de otros predadores y le permite copar mayores extensiones de terreno al eliminar a otros organismos como plantas y hongos. Estas hormigas como beneficio reciben ácido fórmico de la planta lo que les da un color verdoso y su sabor es ácido. El mutualismo puede diferenciarse en: - Mutualismo facultativo: en el que pueden vivir uno sin el otro. Ejemplo: insectos polinizadores y plantas. - Mutualismo obligado: en el que los individuos necesitan permanecer asociados para vivir. Ejemplo: la asociación entre leguminosas y bacterias que metabolizan compuestos nitrogenados.
Por otro lado, los organismos presa han desarrollado mecanismo de defensa ante sus depredadores. Algunas plantas por ejemplo han desarrollado un crecimiento alto para poder captar mayor cantidad de luz u hojas más anchas para poder hacerlo; otras han desarrollado la formación de espinas o venenos para evitar ser consumidas; o la generación de una mayor cantidad de semillas fértiles para copar más espacio con su reproducción. Mientras tanto, organismos carnívoros han desarrollado colores opacos o similares a los ecosistemas que habitan brindándoles un mimetismo ante otros depredadores o coloraciones llamativas en intensas para simular que son peligrosas cuando en realidad no lo son.
Ecosistemas En un concepto más amplio, el ecosistema permite estudiar comunidades y dentro de ellas poblaciones, las mismas que se encuentran constituidas por individuos. Un ecosistema es, por lo tanto, una mínima unidad de funcionamiento de la vida; su interrelación entre diferentes ecosistemas es difícil de establecer y separar entre unos y otros; a este espacio de interacción también se lo conoce como ecotono y presenta una gran diversidad de especies producto de la interacción de ambos ecosistemas. No existen ecosistemas iguales o como las mismas estructuras, cada uno es diferente y único en comparación con los demás, por ejemplo: desiertos, bosques lluviosos, bosques nublados, ecosistemas marinos etcétera. Así como difieren los ecosistemas en su estructura, todos presentan dos componentes principales:
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Parte biótica: La conforma todo componente orgánico del ecosistema, cada uno de los elementos que constituyen las diferentes poblaciones son interdependientes del otro, formando lo que se conoce como cadenas tróficas. También se lo conoce como biocenosis. Además, incluye el entorno sociocultural del hombre, área urbana y rural, así como su patrimonio histórico y asentamientos humanos. Parte abiótica: Es todo compuesto inorgánico que se encuentra en el ambiente como la atmósfera, el suelo, el mar y las estructuras que los conforman como: O2, CO2, N2, P, H2O y otras sustancias inorgánicas que también forman parte de los organismos vivos, cada uno de los elementos que conforman esta parte del ecosistema interactúan y funcionan juntos en interdependencia.
Tipos de Biomas Los biomas son agrupaciones de ecosistemas que comparten “comunidad clímax” o “vegetación potencial” que son las que alcanzan el punto máximo de equilibrio. En conclusión son regiones bioclimáticas de características homogéneas que comparten el mismo clima, topografía, flora y fauna. Los biomas están definidos por factores abióticos y bióticos que presentan un gradiente de distribución según la latitud y la altitud. Biomas terrestres. Los biomas que se encuentran en la tierra y que poseen abundancia de vegetación son conocidos como biomas terrestres. Tienen muchas variaciones, dependiendo del clima, la vegetación y la ubicación de los mismos, los de mayor importancia son los siguientes: -
-
-
Los biomas de la tundra son extremadamente fríos y con condiciones duras. Estos incluyen áreas de Rusia y el Ártico. Solo unos pocos tipos de plantas y animales pueden sobrevivir aquí, e incluso a los seres humanos se les hace muy difícil vivir en tales condiciones. El bioma de bosque se encuentra en áreas tropicales y subtropicales, estos tienen mucha humedad, lluvias abundantes y abundante vegetación. El bioma de los pastizales posee abundancia de plantas, pasto y flores. Tienen una estación lluviosa y una estación seca, es un tipo de medio ambiente con temperaturas decentes en todo el año. Como resultado, es más fácil para las plantas y animales ser capaces de sobrevivir. El bioma de desierto es el más caliente y más seco de todos los biomas terrestres. Las temperaturas extremas y la falta de lluvia pueden realmente tomar su peaje, el riesgo de incendio es muy alto también, lo cual puede resultar en muchas áreas quemadas.
Biomas de agua dulce: son aquellos biomas que se encuentran en agua dulce. La profundidad del agua, así como la temperatura determinará lo que habita en este tipo de bioma. Otro factor importante es la movilidad del agua, si esta se mueve o si está estancada. Cuando se piensa en los biomas de agua dulce, estos no necesariamente son grandes cuerpos de agua, ya que pueden incluir lagos, ríos, arroyos, lagunas y humedales. A veces, los organismos que viven solo tienen una única célula. Y su alimentación y supervivencia suele basarse en el agua Biomas marinos: cuando se hace referencia a cuerpos de agua gigantes, como los océanos, se hace referencia a biomas marinos. Contienen agua salada en lugar de agua dulce, en estos se incluyen los arrecifes de coral y los estuarios. Este tipo de bioma, es el más grande de todos los biomas en el mundo, pues gran parte de la superficie de la Tierra está compuesta por agua. Jorge
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Con formato: Descripción, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto
(Botanical, 2014). Distribución de los biomas en la Tierra.
Factores bióticos Todo factor biótico comprende varios niveles tróficos. Un nivel trófico es la posición o lugar que ocupan los diferentes organismos en el flujo de energía para la formación de nutrientes. Los diferentes eslabones de una cadena de flujo de energía son: a) Productores: a este grupo pertenecen todos los organismos que poseen clorofila, que les permite transformar la radiación solar en energía química para poder sintetizar macromoléculas y con ellas tejidos. Por esta capacidad reciben el nombre de autótrofos que en su mayoría son vegetales en el medio terrestre como musgos, hepáticas, helechos y espermatofitas. Y en el medio acuático algas macroscópicas, ciertas fanerógamas y el fitoplancton que habitan tanto aguas dulces como océanos. Todos estos organismos constituyen el primer eslabón de la cadena convirtiéndola en la base de la vida en el planeta. b) Consumidores: los organismos consumidores también se los conoce como heterótrofos. Son incapaces de fabricar sus propios nutrientes y por esta razón deben alimentarse de otros seres vivos para alcanzar su desarrollo. Entre un 60 a 90% del alimento que es ingerido por un organismo heterótrofo es oxidado a través de procesos metabólicos como la respiración celular en la mitocondria, lo cual le permite formar tejido para su desarrollo. Lo
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restante es excretado hacia el ambiente siendo un importante factor residual descartado la fibra y la celulosa, la cual gracias a los organismos descomponedores vuelve a ser reusada por los organismos autótrofos. Desde un punto de vista ecológico a los consumidores se los pueden clasificar en diferentes tipos: Primarioso herbívoros:
•Son aquellos que se alimentan exclusivamente de plantas, raíces u otras estructuras de los organismos autótrofos Secundarios o carnívoros: •Son aquellos que se alimentan de herbívoros para subsistir. En ecología, este tipo de interacción biológica en la que un individuo caza a otro individuo recibe el nombre de depredador y aquel que es consumido por este recibe el nombre de presa. Este proceso de interacción es una vía importante de acción en el proceso de selección natural en los ecosistemas, pasando la energía en un sentido ascendente en la cadena trófica de la presa al predador. Terciarios:
•Constituyen los máximos predadores que existen en la naturaleza y no tienen un predador superior. Cumplen un rol importante en cada ecosistema brindándole control y regulación de las poblaciones de los organismos inferiores a él, generando un equilibrio ecológico.
c) Descomponedores: son organismos que obtienen sus recursos mediante la degradación de materia muerta o restos orgánicos. Al realizar estos procesos convierten la materia orgánica en inorgánica y sales minerales que son reutilizadas por los organismos productores. Estos organismos cumplen un rol fundamental en los ecosistemas, devolviendo elementos a la red trófica ya que sin ellos elementos como: Hojarasca, leños y otras estructuras como tejido animal solo se acumularían en el suelo y no cumplirían con los ciclos de los elementos biogeoquímicos. Entre los principales organismos dentro de este grupo tenemos a los hongos y las bacterias.
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(Biografías y vidas, 2016). Pirámide trófica simplificada de un ecosistema mediterráneo.
5.2.1
Flujo de energía
La vida en la tierra depende en gran parte del flujo en un sentido de energía de alta calidad (utilizable) proveniente del sol a través de materiales y cosas vivas sobre o cerca de la superficie de la Tierra, luego en el entorno ambiental (principalmente como calor de baja calidad disperso en el aire o moléculas de agua a baja temperatura) y eventualmente en el espacio como radiación infrarroja. 5.2.1.1
El Sol: fuente de energía para la vida
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Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Sin viñetas ni numeración
La tierra recibe solo cerca de un mil millonésimo de la energía total que emite el Sol (gigantesca bola de fuego: 72% Hidrogeno y 28% de Helio). Cuando el espectro de energía electromagnética llega a nuestro planeta, gran parte de ella es reflejada o absorbida por sustancias químicas en parte de la atmósfera.
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Con formato: Justificado, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
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(Educación ambiental, 2015). El flujo de energía hacia y desde la Tierra.
La energía al pasar a través de los ecosistemas tiene una serie de transformaciones para poder generar biomasa y la unidad de medida para esta energía cuando entra al ecosistema se lo conoce como Joules o calorías. Esta transformación energética en los organismos es estudiada por la termodinámica, un campo de la física que estudia la interacción entre el calor y diferentes formas de energía. La termodinámica basada en sistemas ecológicos presenta tres leyes:
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Es decir que la energía que ingresa a un 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. sistema es igual a la cantidad de energía que se queda dentro del mismo (biomasa) Después: más la energía que sale del sistema (calor). La energía se degrada continuamente en energía térmica. La energía, al tener transformaciones en la cadena trófica, nunca será transformada en su totalidad, siempre un porcentual será transformado en calor, es la razón por la cual todo organismo vivo presenta una temperatura corporal. Es decir que un residual de la energía asimilada se transformara en energía poco útil, también se lo conoce como estado de desorden energético y se asocia con el término físico conocido como entropía.
Segunda ley
Tercera ley
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Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
Primera ley
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Ley del cero absoluto. Bajo este principio se establece que este desorden energético en los organismos llega a un estado de equilibrio, es decir, la entropía es igual a cero. Por consiguiente dicho organismo no tendrá la capacidad de generar metabolismo y por ende calor.
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5.2.1.2
Cuantificación de los flujos de energía
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La energía es necesaria para todos los procesos. La cantidad de energía puede ser medida por el calor liberado. Existen dos unidades comúnmente usadas para medir energía. La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado en la escala Celsius (grado centígrado). Una kilocaloría representa mil calorías. Un cuerpo humano libera cerca de 2500 kilocalorías por día, energía proporcionada por los alimentos consumidos. Por acuerdos internacionales, una unidad de energía diferente se está utilizando con mayor frecuencia, el Joule (J). Una kilocaloría es equivalente a 4.186 joules, es la energía necesaria para todos los procesos en un ecosistema. Un flujo energético en plantas está regido por dos leyes fundamentales: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
La primera es la Ley de la Conservación de Energía:
La materia no puede ser creada ni destruida. En los ecosistemas, significa que la energía Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. que fluye hacia dentro de un sistema es igual a la energía adicionada al depósito más aquella que fluye hacia fuera del sistema.
La segunda ley es la Ley de Dispersión de Energía
La disponibilidad para que la energía realice algún trabajo se agota debido a su tendencia a la dispersión (se degrada). La energía también se dispersa de los depósitos de energía. Bajo esta ley, los sumideros o reservorios de energía son muy importantes para los ecosistemas.
5.2.1.3
Flujo de energía en los ecosistemas
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Sistema de caja negra Donde se detalla posibles modificaciones en entradas y salida y su interacción con el entorno, pero no detalla la estructura y el funcionamiento del ecosistema. Los sistemas de caja negra pueden clasificarse en:
Con formato: Normal, Derecha: 0 cm, Espacio
Abiertos:
En la que se producen entradas y salidas de materia y energía yDespués: dejan de0ser activos cuando pto, Sin viñetas ni numeración se cortan estos flujos. Por ejemplo, se tiene al sistema de una planta: TOMA MATERIA: Raíces TOMA ENERGÍA: Luz solar
Cerrado:
En la que existe entrada y salida de energía pero no de materia. Un ejemplo de este tipo de modelo es el planeta tierra, ya que solo ingresa energía proveniente del sol pero no ingresa materia hacia él.
Aislado:
En el que no permite ingreso ni de materia ni de energía. Generalmente son modelos únicamente experimentales bajo condiciones de laboratorio y no se observan en la naturaleza.
5.2.1.3.1
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Modelo de caja blanca Al contrario del modelo de caja negra, este se enfoca únicamente en los procesos llevados a cabo dentro del sistema y también lo que entra o sale del mismo. Existen diferentes tipos de relaciones entre cada elemento del sistema abierto y pueden ser: -
Directas o positivas: Cuando la variación de un elemento provoca la variación de otro elemento en el mismo sentido; positivo o negativo
Ejemplo: (+) alimento --- (+) población (-) alimento ---- (-) población Relaciones inversas o negativas: Cuando un cambio en un elemento produce un cambio opuesto en otro elemento (+) Depredador---- (-) presa (-) depredador ------(+) presa Relación encadenada: en la que existen más de dos variables y todas están relacionadas. Pueden ser positivas o negativas si al menos 2 de estos elementos presentan esta característica. Ejemplo: Vegetación--- herbívoro--- carnívoro 5.2.2
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Ciclamiento de materia
Las interacciones de flujo de energía entre los ecosistemas comprenden una compleja red de interacciones entre el componente abiótico y biótico de cada ecosistema y entre ecosistemas en la biósfera, mostrando el almacenamiento y los flujos de desperdicios (residuos), nutrientes, dióxido de carbono y oxígeno. Para sobrevivir, un ecosistema necesita un abastecimiento continuo de materiales esenciales. Estos pueden venir de fuera del sistema, del reciclaje de los materiales o de ambos. Cualquier elemento que un organismo necesite para vivir, crecer y reproducirse se llama nutrimento o nutriente. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Los elementos requeridos por los organismos en cantidades pequeñas o trazas se llaman micronutrientes: hierro, cobre, zinc, cloro y yodo. Los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes para la vida sobre la Tierra son ciclados continuamente en vías complejas desde el ambiente no vivo (depósitos en la atmósfera, la hidrósfera y la corteza de la Tierra) hasta los organismos vivos y de regreso al ambiente no vivo. Todo esto tiene lugar en los llamados ciclos biogeoquímicos.
5.2.2.1
Ciclos biogeoquímicos
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Ciclo del Carbono: El ciclo del carbono tiene diferentes reservorios que se encuentran interconectados dependiendo del sistema ecológico que se analice. Estos pueden ser:
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Atmósfera: Se encuentra principalmente en forma de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), que pueden ser captados por organismos mediante la fotosíntesis o ser expulsado de ellos mediante la respiración; el dióxido de carbono también puede disolverse en mares, océanos y lagos directamente para luego ser transformado a ácido carbónico (H2CO3) que da un cambio de pH ácido cuando satura el agua. Biósfera: Todo organismo está constituido por carbono, también podemos encontrarlo en el suelo como carbonato de calcio; el dinamismo entre organismos vivos e intercambio de carbono se da a través de las cadenas tróficas y procesos metabólicos como fotosíntesis y respiración celular; de esta manera, el carbono deja la biosfera o ingresa a ella para interactuar con todos los componentes que la constituyen. Océanos: La disolución del CO2 en el agua es la principal fuente de carbono en los océanos, una vez disuelto el carbono es aprovechado por organismos acuáticos para la formación de tejidos blandos como: huesos y cartílagos y también transformarlo en carbonato de calcio para la formación de conchas y corales.
Uno de los cambios más grandes que ha tenido este ciclo es enormemente influenciado por el hombre, la generación de combustibles fósiles, la combustión de materia orgánica y el proceso de generación de industrias han provocado una saturación de CO2 en la atmósfera, lo que ha causado la generación de lluvias ácidas, así como el calentamiento global, causando efectos dramáticos en los ecosistemas.
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(Educanimando, 2016). Ciclos biogeoquímicos.
- Ciclo del azufre El azufre es aprovechado por las plantas y otros productores primarios a partir del SO4, que al interactuar en procesos enzimáticos es fijado en los aminoácidos de las proteínas. Esto, a su vez, es aprovechado por organismos heterótrofos para pasar estos elementos entre los distintos eslabones de la cadena trófica. Por último, cuando los organismos descomponedores reducen a SO2, es liberado a la atmósfera en forma de gas o fijado en el suelo para ser nuevamente aprovechado por las plantas.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Ciclo del Oxigeno El oxígeno es uno de los elementos indispensable para los organismos vivos ya que de él dependen diferentes procesos metabólicos; este, además, le confiere una característica oxidante a la atmósfera. El oxígeno en estado molecular que se encuentra en la atmósfera es disuelto en el agua y cuando es captada por las plantas comienza un proceso de fotolisis del agua en la que es degradada en H2 y O2 que son liberados al ambiente. Los organismos heterótrofos, por su parte, captan el O2 y mediante la respiración celular reducen el oxígeno y generan CO2. Por último, es captado nuevamente por las plantas en el proceso fotosintético y es fijado para convertirla en macromoléculas y tejidos.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- El ciclo del Fósforo El fósforo es uno de los elementos más importantes para los organismos vivos, ya que no solo forma parte estructural de tejidos como huesos y dientes, sino que cumple muchas funciones intracelulares como regulador de procesos bioquímicos y energía principalmente.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Por procesos de meteorización de las rocas o por emisiones volcánicas se libera y es captado por las plantas, también puede ser transportado por el agua de ríos hasta llegar a los mares sedimentándose y formando rocas que, con el movimiento de las placas pueden volver a emerger. Una cantidad de fósforo es aprovechada por microorganismos acuáticos como el plancton que, a su vez, es consumido por peces que lo transforman en tejidos. Cuando estos peces son consumidos por aves migratorias una cantidad de fósforo es excretando en el Guano en la zona litoral cumpliendo su ciclo. - El ciclo del Nitrógeno Es uno de los elementos necesarios para hacer proteínas (músculos en carnes, nervios, cabellos, tendones, piel, plumas, seda, leche, queso, semillas y nueces, enzimas) y estructuras genéticas. El 78% del aire es gas nitrógeno, pero la mayoría de los organismos no puede usarlo en esta forma. Las plantas, algas y bacterias que pueden hacer esto son llamadas fijadoras de nitrógeno. Algunas plantas y árboles tienen nódulos que fijan nitrógeno usando azúcar que es transportado desde las hojas como fuente de energía. Las algas azul-verdes pueden fijar el nitrógeno usando la luz solar. Algunas bacterias pueden fijar el nitrógeno usando materia orgánica como fuente de energía.
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(Educanimando, 2016). El ciclo del Nitrógeno.
- Ciclo del Calcio Las reservas naturales de calcio se depositan principalmente en la litósfera por procesos de sedimentación llevados a cabo por el paso de millones de años, los cuales fueron emergiendo del fondo marino por levantamientos geológicos naturales producto del movimiento de las placas tectónicas. Estas rocas de caliza, una vez expuestas al ambiente, sufren procesos de desgaste por la lluvia y diferentes agentes atmosféricos que liberan el calcio (Ca+) en ríos o mares. En todo el transcurso desde su liberación hasta su depósito en el mar, son absorbidos por plantas y animales que los empelan para la formación de biomasa o estructuras solidas como huesos y dientes. Cuando estos organismos mueren, los descomponedores liberan nuevamente el calcio el cual regresa al suelo. En su último reservorio, el mar, el calcio es también aprovechado por organismos marinos para la formación de conchas, caparazones y huesos. Y, cuando estos organismos mueren sus restos son degradados en el fondo marino y el calcio vuelve a formar parte de los sedimentos.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- El ciclo del Agua en la vegetación Todo ecosistema necesita agua para su funcionamiento. Los árboles absorben grandes cantidades de agua por las raíces, a través de los troncos, hasta las hojas y la expulsa mediante las estomas en las hojas en forma de vapor de agua (transpiración). La cantidad de agua que fluye a través de los árboles por el proceso de transpiración es mucho mayor a la pequeña cantidad de agua usada en la fotosíntesis. La suma de la transpiración y de la evaporación es llamada evapotranspiración. Mientras la cantidad de agua que fluye a través de todo el sistema circula en forma de lluvia, lixiviación y transpiración.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
5.2
Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Recursos naturales
Los recursos naturales son una extensa variedad de elementos, áreas particulares u otros recursos como: fuerzas magnéticas, gravitatorias y eléctricas que existen sin ninguna intervención humana. También podemos definirlos como materiales y componentes que se pueden encontrar en medio ambiente y todo elemento que se convierte en materia prima para fabricar compuestos sintéticos hechos por el hombre. Existen varios métodos para categorizar Jorge
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a los recursos naturales que incluyen desde su fuente de origen, su desarrollo y su renovabilidad. De acuerdo a la capacidad de renovación pueden clasificarse en: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
Recursos renovables:
La renovabilidad es un tema que hoy en día es aplicado en muchas partes del mundo para definir Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. a una extensa gama de recursos naturales que se pueden restaurar a una velocidad superior a la capacidad de consumo humana. Algunos de estos recursos son: luz solar, el aire, el viento, el agua etcétera. Desde un punto de vista antropogénico se pueden clasificar como renovables solo en la medida de su capacidad de recuperación y es de fácil reposición.
Recursos no renovables:
Son todos aquellos que se forman de manera muy lenta con el transcurso de tiempo y no tienen un origen natural en los ecosistemas. Un ejemplo común de este tipo de recursos son los minerales ya que su taza de consumo es mayor a la de reposición. Otro ejemplo son los combustibles fósiles ya que para su formación es necesaria una descomposición de materia orgánica en condiciones anaerobias y el paso de millones de años, lo cual hace imposible su reposición a corto plazo.
El Ecuador, ubicado en la línea equinoccial, está conformado por cuatro regiones geográficas: Galápagos, costa del Pacífico, cordillera andina y la cuenca Amazónica. Es considerado uno de los países más mega diversos del mundo debido a su pequeña extensión territorial y el alto índice de diversidad que posee, la cual en los últimos años ha enfrentado graves riesgos derivados de actividades como la minería y la explotación petrolera. Los elementos geográficos anteriormente expuestos sumados al posicionamiento geográfico del país han desarrollado una amplia existencia de ambientes naturales. Actualmente, existen 16,000 especies de plantas vasculares de las cuales un 72% son endémicas. Según reportes hechos en libros internacionales como El libro de Diversidad, Ecuador ocupa el primer lugar a nivel mundial en tener el mayor número de especies vertebradas por cada 1000 Km2 de superficie. Pero no solo posee gran diversidad territorial, en su agua marina también existe una amplia diversidad relacionada con las condiciones oceanográficas propias de esta región del planeta, como por ejemplo las aguas cálidas tropicales (El niño) o subtropicales frías del sur (La niña) provocan variaciones pluviométricas en la plataforma continental aumentando la distribución, composición y estructura de los componentes bióticos tanto en los océanos como en el suelo. Cuando se trabaja en medio ambiente es frecuente referirse a dos palabras dentro de desarrollo: sustentable y sostenible.
Desarrollo sustentable:
formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Hace referencia a un crecimiento regulado, es decir, satisface las necesidadesCon actuales de Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. todos los habitantes y no pone en compromiso o en riesgo dichos recursos en un futuro.
Desarrollo sostenible:
Este a su vez hace referencia a la capacidad de un recurso de mantenerse por sí mismo y no precisa de la intervención humana o externa para sostenerse de manera autónoma.
En relación al desarrollo sostenible fue incorporado en la conferencia de Estocolmo en 1972 y entró en vigencia en la conferencia de Rio en 1992. Además, un gran avance en materia Jorge
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medioambiental fue el insumo “Cuidar la Tierra” elaborado por WWF (World Wide Fundation) y PNUD (Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo) que define al desarrollo sostenible como la capacidad de mejorar la calidad de vida humana sin rebasar la capacidad de carga en los ecosistemas que la sustentan. Por lo que ya no se apunta a una explotación del recurso natural sino a un manejo adecuado de los mismos. 5.3
Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Cambio climático y el hombre
Los seres humanos son parte del ecosistema global y tienen una historia evolutiva que ha sido afectada por el sistema terrestre y, a su vez, lo ha afectado de igual forma. El estudio de la evolución humana muestra que, al igual que otros organismos, los seres humanos han evolucionado durante un largo período de tiempo frente a los desafíos y oportunidades ambientales.
Con formato: Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
(Kioto Fatou, 2013). Cambio climático.
Estos desafíos afectaron la forma en que los primeros seres humanos obtuvieron alimento, encontraron refugio, escaparon a los depredadores y desarrollaron interacciones sociales que favorecían la supervivencia. La capacidad de fabricar herramientas, compartir alimentos cazados y recolectados, controlar el uso del fuego, construir refugios y crear sociedades complejas desencadenó nuevas formas de interacción entre el ser humano y su entorno. Actualmente, los seres humanos han interactuado con su entorno a través de tecnologías que cambian rápidamente; la recolección de alimentos y el intercambio de recursos a larga distancia. El modo de vida proporcionado por la caza y la recolección a la producción de alimentos resultó tan exitoso que el Homo sapiens fue capaz de extenderse a todo el mundo y aumentar su densidad poblacional. Estos desarrollos han llevado a una enorme expansión de la influencia humana en los ecosistemas globales. Los efectos de origen antropogénico son responsables de la mayor parte del cambio climático, por la rotura de muchos equilibrios biológicos y energéticos. A pesar del escaso efecto invernadero de los compuestos habituales de la atmósfera (Nitrógeno: 78%) y (oxigeno:21%) las actividades humanas (industria, generación de energía con Jorge
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combustibles fósiles, transporte, agricultura, deforestación, etcétera.), aumentan los Gases de Efecto Invernadero (GEI), produciendo el calentamiento de la tierra. En la actualidad, el registro de literatura científica sobre el cambio climático lo realizada el IPCC (Panel Internacional contra el cambio Climático). Desde su Tercer informe de evaluación, el conocimiento de los diferentes cambios climáticos ha mejorado por la ampliación y mejora de la recopilación de datos, avances en la metodología de análisis y la amplia cobertura biogeográfica observacional. Entre los diversos conceptos de cambio climático que se manejan internacionalmente, son dos los aceptados con carácter general. El primero realizado por el Panel Intergubernamental contra el Cambio Climático (IPCC) que lo describe como: “cambio identificable en el estado del clima, a raíz de un cambio en el valor medio y/o en la variabilidad de sus propiedades y que persiste durante un periodo de tiempo prolongado, cifrado en decenios o periodos más largos, debido a la variabilidad natural o a la actividad humana”. Es decir, se centra en el cambio identificable del clima, con independencia de que se trate de él, debido a la variabilidad natural o al resultante de la actividad humana. Y del “Convenio Marco de las Naciones Unidas sobre cambio Climático” que lo define como: “cambio identificable del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana, que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad climática natural, observada en periodos de tiempo comparables”. Es decir, se refiere al cambio inducido por la actividad humana, ya sea directa o indirectamente y que se suma a la variabilidad climática. Los primeros indicios de la intervención humana en el cambio climático se remontan a 1938, cuando Guy Stewart Callendar afirmó en una conferencia en la Royal Meteorological Society de Londres que estábamos asistiendo a un calentamiento global cuya principal causa era la quema de combustibles fósiles y el aumento de dióxido de carbono; El “Efecto invernadero” descrito por Svate Arrehenius en 1896, explicaba el posible efecto del dióxido de carbono generado por la actividad humana y una de sus previsiones era que si se doblaba la cantidad de este gas en la atmósfera, la temperatura de la tierra subiría entre 5 y 6 grados centígrados. El cambio climático es un sistema complejo e interactivo, integrado por: atmósfera, hidrósfera, geosfera, la biósfera y sus interacciones a los distintos ecosistemas en los que habitan los seres vivos. El origen de su estudio se remonta a finales de 1950 Roger Revelle, del Instituto Oceanográfico de Scripps, advirtió de los posibles efectos de un crecimiento incontrolado del dióxido de carbono y otros gases reconocidos hoy como de efecto invernadero. Consecuentemente, la actividad industrial, la guerra fría, los ensayos nucleares en el Atolón de Bikini y las hipótesis de Revelle sobre las limitaciones de los océanos para absorber contaminantes químicos, condujeron a Charles Keeling a liderar, a partir de 1958 diversos trabajos sobre el cambio climático. En 1975 Se levanta un primer llamado de atención hacia los países sobre la contribución de los gases clorofluorcarbonados (CFC) al efecto invernadero. En 1988 se crea el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) y en 1989 el Instituto Goddard de Investigaciones espaciales de la NASA ratifica el calentamiento global. En 1992, se celebra la Cumbre de la Tierra ECO 92, en Río de Janeiro (Brasil), sobre desarrollo y medio ambiente y Estados Unidos bloquea el posible acuerdo sobre una posible Convención del cambio climático. En diciembre de 1997 se aprueba por 125 países el Protocolo de Kioto vinculante para la reducción en el periodo 2008 a 2012 del 5, 2% de las emisiones de gases efecto invernadero respecto de la situación en 1990. En marzo del año 2001 los Estados Unidos, los mayores
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productores de dióxido de carbono, desertan del Protocolo de Kioto alegando razones de estado y una injusta e inequitativa repartición de las cargas del protocolo. El cambio climático tiene dos orígenes causales para su desarrollo, cada uno de ellos es vinculante y se interrelaciona con las poblaciones humanas, estos son: -
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Causas naturales - Las temperaturas:
El efecto invernadero permite a la Tierra poder albergar y mantener vida. Cuando la radiación solar llega a nuestra atmósfera, parte de ella es reflejada al espacio y parte de ella pasa y es absorbida por la Tierra. Esto causa que la superficie de la Tierra se caliente. El calor es irradiado hacia el exterior y absorbido por los gases presentes en la atmósfera de la Tierra, los llamados “gases de efecto invernadero”. Este proceso previene que el calor desaparezca, haciendo que la temperatura ronde los +15°C en vez de -19°C. Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Tectónica de placas: El movimiento continuo de los continentes le permite reubicarse con movimientos muy lentos acercándose o alejándose hacia el Ecuador, los polos o en otra dirección, produciéndose lentos cambios en el clima.
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Actividad volcánica: Este le permite cambiar la concentración de diferentes elementos químicos de la atmósfera y reduce la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra. Si la actividad volcánica es suficientemente intensa, se puede acumular gran cantidad de cenizas y gases contaminantes en la atmósfera, que pueden permanecer en suspensión por largos periodos de tiempo, reduciendo la radiación solar que llega a la superficie y provocando variabilidad de flujo energético en los ecosistemas, decayendo la diversidad de organismos y alteraciones en el comportamiento del clima. - Causas artificiales
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La llamada Teoría Antropogénica sostiene que el calentamiento global se debe a la actividad humana a partir de la Revolución Industrial. El uso y explotación de hidrocarburos como fuente de combustible, la destrucción de los bosques en extensas zonas de campos para procesos agrícolas, la explotación ganadera y la generación de una diversidad de industrias han generado muchos gases de efecto invernadero responsables del calentamiento global. La mayoría proviene de la combustión de combustibles de los coches, de las fábricas y de la producción de electricidad. El gas responsable de la mayoría del calentamiento es el dióxido de carbono. Otros contribuyentes importantes son el metano que es expulsado de los vertederos y de la agricultura y particularmente la ganadería (especialmente de los sistemas digestivos de los animales que pastan), teniendo propiedades de efecto de invernadero aún mayores que el CO2. El óxido nitroso de los fertilizantes, los gases usados para la refrigeración e industrias y de la pérdida de bosques que de otra forma almacenarían CO2. El metano, cuyo origen natural tiene una cantidad limitada, pero, fundamentalmente, la fabricación de los clorofluorocarbonos (CFC), son una larga serie de compuestos sintéticos que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono y al
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aumento del efecto invernadero, actúan de forma significativamente destructiva en el equilibrio climático del planeta. Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Riesgos ambientales y planes de contingencia en Ecuador
5.4
Un riesgo natural se puede definir como la probabilidad que tiene una sociedad que habita en un territorio de sufrir o verse afectada por eventos naturales extraordinarios, es decir, la vulnerabilidad de una población frente a riesgos naturales imprevistos, conocidos como desastres naturales, que ocurren como consecuencia del cambio climático en todo el mundo. El mecanismo natural como evento destructor atrae la atención de la sociedad. Ejemplos de esto son un deslave, una erupción volcánica, una inundación, ya que generan una destrucción de las sociedades con la pérdida de vidas y múltiples afecciones en la salud de los sobrevivientes.
(La Tribuna, 2015). Cambio climático.
Ante esta problemática cada vez más creciente en el mundo, los países han optado por políticas de gestión de riesgos para poder brindar lineamientos y políticas para fortalecer el control sobre los cambios de la naturaleza y como objetivo minimizar las vulnerabilidades a nivel de cada país. En Ecuador, la estructura estatal encargada de regular tanto la normativa política como la elaboración de programas y capacitación en gestión de riesgos es La Secretaria de Gestión de Riesgos. En el año 2008, el Gobierno Nacional asumió la respuesta humanitaria y todos los procedimientos políticos y técnicos a través del sistema Nacional Descentralizado de Gestión de Riesgos, para los procesos de recuperación y reconstrucción de zonas de riesgo, así como una reducción en potenciales riesgos estableciendo lineamientos para el reconcomiendo de zonas a nivel nacional. Desde ese mismo año, se empezó a desarrollar el Sistema de Información Geográfica que permite un mejor flujo de información actualizada y verificada para una actuación correcta y eficiente de la Secretaría de Gestión de Riesgos papa poder analizar y mitigar los diferentes factores de riesgo que tenemos en nuestro país, esta información también ha permitido establecer zonas seguras en cada provincia para poder evacuar a las poblaciones y ponerlas a buen recaudo. Los potenciales riesgos naturales en Ecuador pueden ser: -
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Inundaciones, tsunamis, cambios atmosféricos: El Ecuador cuenta con parámetros de pronósticos oceánicos y atmosféricos casi en tiempo real, así como el monitoreo a través de plataformas como: satélites, boyas o sensores remotos y el desarrollo de modelos matemáticos que permiten anticiparse a posibles catástrofes naturales. Erupciones volcánicas: También se ha mejorado y ampliado el monitoreo de los diferentes volcanes activos que tenemos en nuestro país, principalmente en los volcanes Tungurahua, Cotopaxi, Reventador, Cuicocha, Guagua Pichincha, Antisana, Washington
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Chimborazo, Ninahuilca, Sangay y en las Islas Galapagos, logrando emitir alertas tempranas en las poblaciones cercanas, evitando perdidas humanas y logrando reducir los impactos económicos. Sismos: El ecuador cuenta con una moderna red sísmica que abarca tanto el territorio continental como el archipiélago de galápagos en el océano, esto permite detectar con mayor precisión eventos sísmicos o controlar los diferentes niveles de actividad sísmica que mantienen nuestras placas tectónicas.
-
5.4.1
Plan de contingencia ante diferentes desastres naturales en el Ecuador
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La Secretaría de Gestión de Riesgos tiene como objetivo liderar todos los mecanismos en gestión de riesgos para garantizar la protección de personas y colectivos ciudadanos de cualquier desastre antropogénico o natural mediante la emisión de políticas y normativas que promuevan capacidades que permitan identificar, prevenir y mitigar posibles riesgos, así como manejar eventos de desastre, recuperar y reconstruir las condiciones sociales, económicas y ambientales afectadas en cualquier evento señalado. Para cualquier eventualidad es necesario contar con una serie de pasos consecutivos que permitan a las autoridades coordinar y sobrellevar los diferentes factores negativos de cualquier eventualidad sobre las poblaciones afectadas, estos pasos son: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
Protocolo de actuación:
Cada mesa técnica de trabajo establecerá los protocolos de actuación que permitirán Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. coordinar los pasos básicos para organizar tareas de rescate, salvamento, protección y aislamiento de personas en lugares seguros, además de equipamiento y alimentación de refugiados en zonas seguras
Inventarios de capacidades:
Permite establecer el número de talento humano, técnico y de insumos ubicados en cada alberge próximo a la zona del evento.
Además, la Secretaría de Gestión de Riesgos en relación con el Ministerio de Inclusión Económica y Social tiene la capacidad de identificar zonas de albergue temporal para atender a la población afectada en caso de algún evento adverso. Cabe mencionar que todo evento adverso demanda del accionar de asistencia humanitaria, la cual puede provenir de regiones propias del país o llegar de diferentes países internacionales, en cualquier caso, la Secretaría es el ente encargado de establecer políticas para el acopio, clasificación y distribución de todo material destinado a la ayuda de posibles albergados y personas afectadas por un evento adverso. Un kit básico de asistencia humanitaria a nivel nacional debe estar constituido por los siguientes elementos: Kits de limpieza, frazadas, bufandas, visores, tanques de agua, mascarillas, botas de caucho, palas, machetes, picos. Los mismos que deben ser distribuidos en cada zona de refugio por parte de la Secretaría a cada una de las comunidades albergadas. Jorge
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MATERIA Y ENERGÍA Procesos metabólicos en los seres vivos El metabolismo hace referencia al cambio, toda célula se encarga de transformar constantemente sustancias en otras distintas, dicho de otra forma, el metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula y en el organismo a fin de suplir las necesidades del ciclo celular: respiración, reproducción, división, etcétera. El proceso metabólico puede dividirse en: a) Catabolismo: consiste en la degradación de sustancias, es decir, la célula transforma sustancias grandes en otras más pequeñas con el objetivo de obtener energía. b) Anabolismo: corresponde a la producción o síntesis de sustancias, a partir de sustancias pequeñas, la célula las une para formar sustancias más grandes; para este proceso se requiere del sustrato energético obtenido por el catabolismo energía.
(West, 2005). Modelo de acción del metabolismo. El catabolismo se basa en la lisis de macrocompuestos, mientras que el anabolismo implica síntesis a partir de micro-compuestos.
Respiración celular La respiración celular es el proceso mediante el cual una célula logra obtener energía, en las células aerobias (dependientes de oxígeno) podemos mencionar al ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones; mientras que en las células anaerobias (independientes de oxígeno) la fermentación. Un punto en común que comparten tanto células aerobias como anaerobias es la glicólisis o catabolismo de la glucosa, la cual tiene como objetivo brindar los reactivos necesarios para que se den el resto de procesos. El sitio de acción donde se realizan estos procesos varía según el tipo celular; en organismos procariotas es el citoplasma en donde se realiza la glucólisis, mientras que en la célula eucariota el ciclo de Krebs se realiza en la mitocondria. En las células aerobias podemos resumir todo el proceso de la respiración celular en la siguiente fórmula:
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(West, 2005). Representación gráfica general del Ciclo de Krebs, Glucólisis y Fermentación dentro de una célula.
Glicólisis La glicólisis, glucólisis o ciclo de Embden-Meyerhof es un proceso anaerobio (no requiere oxígeno) el cual degrada una molécula de glucosa por medio de enzimas específicas para poder producir piruvato, NADP-H (Dinucleótido de nicotinamida) y ATP (Trifosfato de adenosina) La glucólisis se da en 2 fases: -
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Fase I: consiste en dividir a la molécula de glucosa en 2 mol. de gliceraldehido-3-fosfato, perdiendo 2 mol de ATP. Fase II: A partir de cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato se producen 2 mol de ATP, el resultado final es la obtención de piruvato + ATP.
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(West, 2005). Mecanismo de la glicólisis: enzimas, gastos energéticos y moléculas de agua. En estas 10 reacciones, nosotros tenemos sitios holostéricos (sitio de control) y los responsables son las siguientes enzimas: Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa, Piruvatoquinasa.
Ciclo de Krebs Cuando la gluc+olisis forma el piruvato, este pasa hacia la mitocondria, donde se realizan una serie de reacciones que tienen como objetivo producir más ATP y NADP-H, este conjunto de procesos intra-mitocondriales se conoce como ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Podemos resumir al ciclo de Krebs en la siguiente fórmula:
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(West, 2005). Reacciones del ciclo de Krebs. Al igual que en la glucólisis existen puntos de control enzimáticos: piruvato deshidrogenasa, citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa, α-cetoglutarato deshidrogenasa.
Cadena de transporte de electrones Una vez formadas esas grandes cantidades de NADP-H que obtuvimos en el ciclo de Krebs y la glucólisis; este NADPH da su hidrógeno a una serie de enzimas que se encuentran en la membrana interna de la mitocondria; con esta donación de hidrógenos, agregando el oxígeno que se encuentra presente en la mitocondria, se da una serie de reacciones de óxido-reducción, las cuales tienen como fin producir ATP y H20; y las podemos resumir en la siguiente fórmula:
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Cadena transportadora de electrones. Este proceso esta mediado por los citocromos o complejos enzimáticos.
Como ya revisamos, la célula obtiene energía a partir de la glucosa, luego la somete a una serie de procesos con el fin de obtener 38 moléculas de ATP, H2O y CO2. Pese a que es la más importante, la glucosa no es la única fuente que puede dar energía a la célula; ya que los ácidos grasos y las proteínas pueden ser degradados hasta acetil-CoA y por ende formar ATP.
Fotosíntesis La fotosíntesis o función clorofílica permite a ciertos organismos transformar materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. Al realizar estos procesos se transforma la energía lumínica en energía química (ATP). Los organismos que realizan este proceso son las bacterias, cianobacterias y las plantas. Desde el punto de vista global podemos resumir el proceso de la fotosíntesis en la siguiente formula:
El proceso de fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos (análogos de la mitocondria en las células animales) La fotosíntesis tiene 2 fases: Fase luminosa o fotoquímica Se la conoce como fase lumínica, en esta etapa se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila. Esta última es un compuesto orgánico formado por moléculas que contienen átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio. La fotosíntesis se realiza en todas las partes “verdes” de vegetales, mas no en aquellas que han reemplazado la matriz extracelular (troncos leñosos). La clorofila capta la luz solar y provoca la lisis o separación de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, rompe el puente de hidrógeno que conforma el agua por efecto de la luz. El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente y la energía no utilizada es almacenada en moléculas de ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso fotosintético.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Esquema de reacciones en la fase lumínica de la fotosíntesis. El producto final se basa en la formación de un disacárido y oxígeno.
Fase oscura o sintética También llamada ciclo de Calvin-Benson, en esta etapa no se necesita la luz como sustrato energético, aunque también puede realizarse en su presencia. Ocurre dentro de los cloroplastos y depende de los productos obtenidos en la fase lumínica. El hidrógeno formado en la fase anterior se suma al CO2 presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos, es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Como tal requiere de 6 procesos: -
Carboxilación Foforilación primaria Reducción Glucosíntesis Regeneración Fosforilación secundaria
Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado glucosa (C6H12O6) y moléculas de agua como desecho. Después de la formación de glucosa ocurre una secuencia de reacciones químicas que dan lugar a la formación de polisacáridos (almidón, celulosa, hemicelulosa). A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento. La siguiente ecuación describe la fase oscura del ciclo: 𝐸𝑁𝑍𝐼𝑀𝐴𝑆
𝐶𝑂2 + 𝑁𝐴𝐷𝑃𝐻 + 𝐻 + →
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𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝑁𝐴𝐷𝑃𝑖 + 𝐴𝐷𝑃 + 𝑃𝑖
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Reacciones del Ciclo de Calvin-Benson, el producto final es la formación de Glucosa.
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QUÍMICA TABLA PERIÓDICA Bases de la clasificación periódica Las propiedades de los elementos son función de la estructura electrónica de sus átomos, más específicamente del ordenamiento de los electrones en los niveles de energía más externos. Los elementos con un ordenamiento similar de electrones en los orbitales externos se agrupan en COLUMNAS VERTICALES, y los elementos con el mismo número cuántico principal (n) máximo para la estructura electrónica fundamental del átomo, se agrupan en FILAS HORIZONTALES. Distribución de los elementos en la tabla Sabemos que los ELEMENTOS son sustancias puras, formadas por una sola clase de átomos. La mayoría de elementos se encuentra en estado SÓLIDO, dos en estado LÍQUIDO (Mercurio y Bromo) a la temperatura ambiente y once existen en la naturaleza en forma de GAS (6 Gases Nobles, Nitrógeno, Oxígeno, Hidrógeno, Flúor, Cloro). Algunos elementos son radiactivos, otros son extremadamente raros y otros solamente pueden obtenerse en el laboratorio. La actual tabla periódica consta de todos los elementos conocidos, los mismos que están colocados en orden creciente de sus números atómicos, en filas horizontales, llamados PERÍODOS y en columnas verticales, llamados GRUPOS o FAMILIAS. En la parte inferior de la tabla existen dos filas horizontales que corresponden a la serie LANTÁNIDA Y ACTÍNIDA, conocidas como TIERRAS RARAS. En las siguientes tablas se puede observar la distribución de los elementos:
En el cuerpo humano: ELEMENTO Oxígeno Carbono Hidrógeno Nitrógeno Calcio Fósforo Otros
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PORCENTAJE EN PESO 65,0 18,0 10,0 3,0 2,0 1,2 0,8
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En la corteza terrestre ELEMENTO Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Hidrógeno Titanio Cloro Fósforo Manganeso Carbono Azufre Bario Nitrógeno Flúor Otros
a)
PORCENTAJE EN PESO 49,20 25,67 7,50 4,71 3,39 2,63 2,40 1,93 0,87 0,58 0,19 0,11 0,09 0,08 0,06 0,04 0,03 0,03 0,47
Grupos o familias
Los grupos son las columnas verticales de la tabla periódica, se pueden clasificar en grupos o familias A y B. Los elementos pertenecientes al grupo A se denominan elementos representativos y los que pertenecen al grupo B, elementos de transición. Los grupos A y B se designan con los números romanos del I a VIII. De acuerdo a sus características, los elementos del grupo A se denominan: -
Grupo I A: metales alcalinos Grupo II A: metales alcalinotérreos Grupo III A: elementos térreos o familia del boro Grupo IV A: familia del carbono o carbonoideos Grupo V A: familia del nitrógeno o nitrogenoideos Grupo VI A: familia del oxígeno Grupo VII A: familia de los halógenos Grupo VIII A: gases nobles o inertes
En los grupos, los elementos exhiben las mismas propiedades químicas, presentan la misma distribución electrónica en diferente nivel energético. Así, por ejemplo, para los elementos del grupo I A de la tabla periódica se tiene: Elemento
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Configuración más externa
Configuración electrónica
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1s2 2s1 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s1 El significado de las letras A y B es el siguiente: Li Na K Rb Cs Fr
ns1
A: Elementos representativos, su distribución electrónica termina en subniveles s o p. B: Elementos de transición, incluido el grupo VIII, su distribución termina en d o f. El HIDRÓGENO no pertenece a ningún grupo de la tabla periódica, a pesar que tiene una distribución electrónica parecida a la familia IA, por tanto, ocupa un casillero especial debido a sus características físicas y químicas. En los grupos o familias están los elementos que tienen el mismo número de electrones de valencia, es decir que los electrones que se ubican por el último nivel de energía determinan que las propiedades de los elementos pertenecientes a mismo sean semejantes. B)
Períodos:
Los períodos corresponden a las filas de la tabla periódica que contienen siete períodos o niveles energéticos, donde los elementos tienen sus electrones distribuidos en la misma cantidad de niveles energéticos, pero los subniveles son distintos. El primer período contiene solo al hidrógeno y helio. El segundo y tercer período tienen 8 elementos en cada uno. El cuarto y quinto período constan de 18 elementos cada uno. El sexto período se los denomina lantánidos. Y en el séptimo período se ubica un grupo de elementos que corresponden a los actínidos. A continuación, se muestra la distribución electrónica de los elementos del segundo período: Li (Z=3): Be (Z=4): B (Z=5): C (Z=6): N (Z=7): O (Z=8): F (Z=9): Ne (Z=10):
1s2, 2s1 1s2, 2s2 1s2, 2s2, 2p1 1s2, 2s2, 2p2 1s2, 2s2, 2p3 1s2, 2s2, 2p4 1s2, 2s2, 2p5 1s2, 2s2, 2p6
Números cuánticos Estos números nos permiten calcular la energía del electrón y predecir el área alrededor del núcleo donde se puede encontrar el electrón (ORBITAL). Estos son: Número cuántico principal, n: Determina el NIVEL de energía principal o capa en donde se encuentra el electrón y además nos da a conocer la posición de la nube electrónica. Los valores determinados para este número son los siguientes:
n:
1
2
3
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K
L
M
N
O
P
Q
La capa n = 1, es la más cercana al núcleo y tiene la menor energía, es decir, la energía se cuantifica en base a la distancia que hay entre cada nivel y el núcleo atómico. Número cuántico secundario, l: Determina el SUBNIVEL o SUBCAPA dentro del nivel principal de energía. Nos indica la forma de la nube electrónica u orbital donde se encuentran electrones alrededor del núcleo. De acuerdo a la mecánica cuántica puede tomar los siguientes valores: l: 0, 1, 2, 3, ... , hasta (n – 1) Se nombran por medio de letras: l:
0
1
2
3
s
p
d
f
Donde: s: p: d: f:
Sharp principal Diffuse fundamental
A continuación, se muestran algunas formas de estos subniveles:
subnivel “s”
subniveles “p”
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subnivel “d”
subniveles “f”
Número cuántico magnético, m: Representa la ORIENTACIÓN de los orbitales electrónicos en el espacio. Cada subnivel consta de uno o más orbitales electrónicos. El número de orbitales está dado por la siguiente ecuación, n2. Sus valores son: m: – l , … , –1, 0, +1, … , + l A continuación, se muestra la relación entre los números cuánticos n, l y m: DESIGNACIÓN DE LOS SUBNIVELES l 0 (s) 1s 0 (s) 2s 1 (p) 2p 3s 3 0 (s) 3p 1 (p) 2 (d) 3d 4s 4 0 (s) 4p 1 (p) 4d 2 (d) 3 (f) 4f Cada valor de m constituye un orbital. N 1 2
m 0 0 –1, 0, +1 0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2 0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2 –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3
NÚMERO DE ORBITALES 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
Número cuántico del spin, s: Representa el movimiento de rotación que tiene el electrón sobre su propio eje, mientras va describiendo su trayectoria.
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Los valores para este número son: –1/2 () y +1/2 ()
–½
+½
DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA Es la forma abreviada de representar a los electrones en los niveles y subniveles que posee el átomo de un elemento. Para realizar la distribución electrónica se debe tomar en cuenta: Principio de exclusión de Pauli Este principio manifiesta que: “en un cualquier átomo no pueden existir dos electrones cuyos números cuánticos tengan los mismos valores”. Población electrónica El número máximo de electrones en cada NIVEL es 2n2, donde el valor de n corresponde al número cuántico principal: Número de 𝒆− 2 18 50 98
Fórmula (𝟐𝒏𝟐 ) 2 × (1)2 2 × (3)2 2 × (5)2 2 × (7)2
Nivel (𝒏) 1 3 5 7
De acuerdo al número de electrones existentes, la distribución es la siguiente:
# máx. e– (REAL) 2 8 18 32 32 18 2
N 1 2 3 4 5 6 7
El número de electrones en cada SUBNIVEL se determina utilizando la siguiente ecuación, 2(2l + 1), donde l corresponde al valor del número cuántico secundario:
# máx. e– 2 6 10 14
L 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En cada ORBITAL debe existir un máximo de 2 electrones Jorge
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Principio de desarrollo de la Energía: Este principio establece que: “los electrones siempre tienden a ocupar los orbitales o subniveles de menor energía”. La energía de un subnivel es igual a la suma de los valores de n y l: ET = n + l Se llenará primero el subnivel que tenga el menor valor de (n + l), y en caso de que el valor de (n + l) sea igual, se satura primero el subnivel con el menor valor de n. El problema del cálculo de la energía de cada subnivel se soluciona cuando se determinan las llamadas DIAGONALES DE PAULING, diagonales que se registran a continuación.
n
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
2p 3p 4p 5p 6p
3d 4d 4f 5d 5f 6d
BLOQUES Las similitudes en cuanto a la disposición de los electrones están estrechamente relacionadas con la posición en la tabla periódica. Se pueden identificar en la tabla periódica cuatro bloques fundamentales:
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Elementos representativos: comprende los bloques s y p que lo conforman todo el grupo A de la tabla periódica, en el que incluye también a los gases nobles. Metales de transición: pertenecen al bloque d, su bloque contiene orbitales de tipo d incompletos que pueden tener de 1 a 10 electrones. Estos elementos forman parte del grupo B de la tabla periódica. Metales de transición interna: comprenden las series de los lantánidos y actínidos. Constituyen los elementos cuyo electrón diferenciador se ubica en un orbital f, que puede tener 1 a 14 electrones.
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http://www.dayah.com/periodic/
PROPIEDADES PERIÓDICAS Densidad Se define como la concentración de la materia, medida a través de la masa por unidad de volumen (masa/longitud3). En las sustancias sólidas y líquidas, las unidades de densidad son g/cm3 ó g/ml; en los gases, g/litro. 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
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𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑚 → 𝜌= 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑣
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Radio atómico Se define como la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos idénticos en un enlace químico. Se expresa en Å.
Radio iónico Se refiere a cuando el átomo se ha transformado en ion. Los IONES POSITIVOS son considerablemente más pequeños que el respectivo átomo neutro. En cambio, los IONES NEGATIVOS son más grandes que el átomo neutro, pero ligeramente. Mientras más electrones pierda, el átomo más pequeño es el radio iónico y viceversa. Las unidades son Å.
Volumen atómico Es el volumen ocupado por un at-g del elemento, es decir, por 6,022x1023 átomos, considerando en estado sólido. Es la relación que se obtiene dividiendo el valor de un átomo-gramo de un elemento químico por el valor de su densidad. El volumen atómico se expresa en cm3/mol.
Energía o potencial de ionización Es la energía necesaria para quitar el electrón más externo al núcleo de un átomo en estado gaseoso y convertirlo en ION POSITIVO o CATIÓN. Se expresa en calorías. ÁTOMO NEUTRO + ENERGÍA IÓN POSITIVO + 1e–
Electroafinidad o afinidad electrónica: Es la cantidad de energía invertida para que un átomo neutro en estado gaseoso gane un electrón extra y le permita convertirse en un ION NEGATIVO o ANIÓN. Se expresa en kJ/mol. ÁTOMO NEUTRO + 1e ION NEGATIVO + ENERGÍA
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un átomo para atraer electrones comprendidos en un enlace químico. Los átomos de mayor electronegatividad tienen una mayor capacidad para atraer a los electrones. Se encuentra relacionada con el peso atómico, mientras el peso atómico aumenta la electronegatividad disminuye. La electronegatividad aumenta en general hacia la derecha y disminuye hacia abajo dentro de la tabla periódica. Al tener una diferencia mayor de electronegatividades entre un par de elementos, los átomos formarán enlaces iónicos, mientras que si la diferencia de electronegatividades es menor, se puede formar un enlace covalente.
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Estados de oxidación El estado de oxidación es una carga iónica que tiene un átomo que forma parte de un compuesto químico. Está representado por diferentes números, los cuales pueden ser positivos, negativos o cero. Generalmente, cuando una sustancia se oxida, pierde electrones (oxidación), mientras que otra sustancia recibe o gana electrones, se denomina (reducción). A continuación, se muestra una tabla, en la que se registran algunas propiedades de los elementos:
Grupo
Elementos H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Cr Mn Fe, Co, Ni Cu, Ag, Au Zn, Cd, Hg B, Al, Ga, In, Tl C Si Ge, Sn, Pb N, p, As, Sb Bi O, S, Se, Te
I A II A VI B VII B VIII B IB
II B III A IV A
V A VI A
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Estado de oxidación +1 +2 +2,+3,+6 +2,+3,+4,+6,+7 +2,+3 +1,+2 +1 +1,+3 +2 +1,+2 +3,-3 +2,+4,-4 +2,+4 +2,+4 -3,+3,+5 -2 +2,+4,+6,-2 Tel:
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Po F, Cl Br, I, At Reglas para escribir los números de oxidación
+2,+4,+6,-2 -1 +1,+3,+5,+7,-1
VII A
1. A todos los elementos que se encuentren en estado natural o libre les corresponde un número de oxidación igual a cero, por ejemplo: Cu, Al, C. Esto se cumple para los átomos cuya fórmula se compone de un solo átomo y también para los átomos cuya fórmula elemental es diatómica. Por ejemplo: 𝐶𝑙2 , 𝐻2 , 𝑂2 2. El número de oxidación que toma el hidrógeno en la mayoría de compuestos formados es 1+ , con excepción de los hidruros, cuyo número de oxidación es −1 , por ejemplo: 𝑁𝑎𝐻 −1 , 𝐶𝑎𝐻2 −1 , 𝐴𝑙𝐻3 −1 . 3. El oxígeno tiene número de oxidación −2 , excepto en los peróxidos, cuyo número de oxidación es −1, por ejemplo: 𝑁𝑎2 𝑂2 −1 4. La suma de las cargas de los números de oxidación de un compuesto siempre deberá ser igual a 0, ejemplo: H2S6+O42- = (2+) + (6+) + (8–) = 0 Cr3+ (O2-H1+)3 = (3+) + (6- ) + (3+) =0 5. La suma algebraica de los estados de oxidación de un ion poliatómico es igual a la carga del ion. (𝐶𝑙5+ 𝑂32− )𝟏− ∶ (5+) + (−2). (3) = −1
NOMENCLATURA INORGÁNICA La nomenclatura hace referencia a una serie de reglas que son utilizadas para dar nombre a todos los elementos y compuestos químicos. En la actualidad la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) es la autoridad encargada de acordar cada una de las reglas para formular y nombrar a los compuestos. Hay tres sistemas de nomenclatura, estos son:
Nomenclatura común: tradicional o clásica. Nomenclatura sistemática: en donde las proporciones en que se encuentran los elementos en una fórmula puede indicarse por medio de prefijos griegos: mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6), hepta (7), etcétera. Nomenclatura Stock: el número de oxidación del elemento se indica en números romanos y entre paréntesis inmediatamente después del nombre. Si en el compuesto interviene un elemento cuyo número de oxidación es constante, es innecesario indicarlo.
Compuestos Binarios Se encuentran formados por átomos de dos elementos distintos en su molécula. Los compuestos binarios son:
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Hidruros o hidruros metálicos Resultan de combinar cualquier Metal con el Hidrógeno, tomando en cuenta el estado de oxidación positivo del Metal y el –1 del Hidrógeno: METAL + HIDROGENO → HIDRUROS METALICOS M+X + H–1 →MHX Nomenclatura: HIDRURO DE, y Iuego el nombre del Metal, cuando este tiene un estado de oxidación. Cuando el Metal presenta dos estados de oxidación, el nombre del metal termina en OSO e ICO para el de menor y mayor estado de oxidación respectivamente. A continuación se muestran algunos ejemplos: NaH FeH2 CaH2 FeH3 AlH3 PbH2
Hidruro de Sodio Hidruro Ferroso Hidruro de Calcio Hidruro Férrico Hidruro de Aluminio Hidruro Plumboso
Compuestos especiales Se forman por la combinación de los No Metales (III, IV y VA) con el Hidrógeno. El estado de oxidación del No Metal es negativo y +1 el del Hidrógeno: NO METAL + HIDROGENO →COMPUESTOS ESPECIALES 𝑚 −𝑥 + 𝐻 +1 → 𝑚 𝐻𝑋
Nomenclatura Reciben estos compuestos NOMBRES ESPECIALES: BH3 CH4 SiH4 NH3 PH3 AsH3 SbH3
Borano Metano Silano Amoníaco Fosfamina o Fosfina Arsenamina o Arsina Estibamina o Estibina
Su importancia radica en que a partir de ellos pueden formarse RADICALES de carga +1, como los siguientes: (NH4)+1 (PH4)+1 (AsH4)+1 (SbH4)+1
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Radical Amonio Radical Fosfonio Radical Arsonio Radical Estibonio
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Hidruros no metálicos o ácidos hidrácidos Resultan de la combinación de un No Metal (VI y VIIA) con el Hidrógeno, excepto el Oxígeno, intercambiando estados de oxidación. El Hidrógeno actúa con +1. HIDROGENO + NO METAL ÁCIDOS HIDRÁCIDOS H
+1
+ m
–X
HXm
Nomenclatura: Cuando se encuentran en estado líquido o en solución se utiliza la palabra ÁCIDO, y luego el del NO METAL terminado en HÍDRICO. Cuando son gases, el NO METAL terminado en URO y luego DE HIDRÓGENO. Compuestos de este tipo son: HF HCl HBr HI H2S H2Se H2Te
Ácido Fluorhídrico Ácido Clorhídrico Ácido Bromhídrico Ácido Iodhídrico Ácido Sulfhídrico Ácido Selenhídrico Ácido Telurhídrico
Fluoruro de Hidrógeno Cloruro de Hidrógeno Bromuro de Hidrógeno Ioduro de Hidrógeno Sulfuro de Hidrógeno Seleniuro de Hidrógeno Telururo de Hidrógeno
Sales halógenas neutras (sales) Se las conoce como SALES BINARIAS, se obtienen principalmente combinando un Metal con un No Metal. En donde el metal actúa con estado de oxidación positivo y el no metal con estado de oxidación negativo. Nomenclatura:
Cuando el Metal tiene un estado de oxidación, el no metal terminado en URO, luego de y el nombre del metal. Cuando tiene dos estados de oxidación, el nombre del no metal terminado en URO y luego el nombre del metal terminado en OSO e ICO para el menor y mayor estado de oxidación respectivamente.
A continuación, se presentan algunos ejemplos de estos compuestos: NaCl FeCl2 Al2S3 FeCl3 CaF2 MnS CdBr2 Mn2S3
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Cloruro de Sodio Cloruro Ferroso Sulfuro de Aluminio Cloruro Férrico Fluoruro de Calcio Sulfuro Manganoso Bromuro de Cadmio Sulfuro Mangánico
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TIPO SAL (SALOIDE): Compuestos que resultan de unión de dos No Metales, intercambiando estados de oxidación. Se coloca primero el elemento menos electronegativo y luego el más electronegativo.
𝑁𝑂 𝑀𝐸𝑇𝐴𝐿 + 𝑁𝑂 𝑀𝐸𝑇𝐴𝐿 → 𝑆𝐴𝐿𝑂𝐼𝐷𝐸𝑆 𝑚+𝑋 + 𝑚 −𝑌 → 𝑚𝑌 𝑚𝑋
Las electronegatividades en los NO METALES varían de la siguiente manera en forma descendente: F, O, Cl, N, Br, I, S, C, As, Se, Te, H, P, B, Sb, Si Nomenclatura
El nombre del No Metal más electronegativo terminado en URO, y luego el nombre del No Metal menos electronegativo terminado en ICO. Cuando el no metal menos electronegativo tiene dos estados de oxidación, éste termina en OSO e ICO. Cuando tiene más de dos estados de oxidación:
HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO A continuación, se muestran algunos ejemplos de este tipo: BF3 Fluoruro Bórico As2S3 Sulfuro Arsenioso As2S5 Sulfuro Arsénico BrCl Cloruro Hipobromoso BrCl3 Cloruro Bromoso BrCl5 Cloruro Brómico BrCl7 Cloruro Perbrómico
Óxidos Son compuestos que resultan de la combinación de un Metal o un No Metal con el OXIGENO, en donde el oxígeno actúa con estado de oxidación –2. Pueden ser: Básicos: Se forman de la combinación de un Metal con el Oxígeno. El Metal actúa con estado de oxidación positivo y –2 del Oxígeno. Nomenclatura: Jorge
OXIDO DE y luego el nombre del Metal, cuando este tiene un estado de oxidación.
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OXIDO, y luego el Metal terminado en OSO e ICO para dos estados de oxidación.
A continuación, se muestran algunos ejemplos de este tipo de compuestos: Na2O FeO CaO Fe2O3 Al2O3 PbO CdO
Óxido de Sodio Óxido Ferroso Óxido de Calcio Óxido Férrico Óxido de Aluminio Óxido Plumboso Óxido de Cadmio
Ácidos (anhídridos)
Son compuestos que resultan de la combinación de un No Metal con el Oxígeno, tomando en cuenta el estado de oxidación positivo del No metal y –2 del Oxígeno. Nomenclatura:
ANHIDRIDO y luego el nombre del no metal terminado en ICO cuando este tiene un solo estado de oxidación. Cuando tiene dos estados de oxidación su nombre termina en OSO e ICO. Cuando presenta más estados de oxidación (4) se realiza de la siguiente manera: HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO Los siguientes son ejemplos de compuestos de este tipo: B2O3 Anhídrido Bórico CO2 Anhídrido Carbónico As2O3 Anhídrido Arsenioso As2O5 Anhídrido Arsénico SO2 Anhídrido Sulfuroso SO3 Anhídrido Sulfúrico Cl2O Anhídrido Hipocloroso Cl2O3 Anhídrido Cloroso
Peróxidos Se considera que el estado de oxidación del Oxígeno es –1. Son óxidos de ciertos metales que asocian a su molécula un átomo de oxígeno adicional. Se presentan en los siguientes elementos: H, elementos del grupo IA, Be, Mg, Ca, Cu, Zn. Nomenclatura:
PERÓXIDO DE, y el nombre del metal. PERÓXIDO, y el nombre del metal terminado en OSO e ICO cuando tiene dos estados de oxidación.
Ejemplos de estos compuestos se muestran a continuación: Na2O2 Peróxido de Sodio BeO2 Peróxido de Berilio Jorge
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CaO2 H2O2 Cu2O2 CuO2 H2O2
Peróxido de Calcio Peróxido de Hidrógeno Peróxido Cuproso Peróxido Cúprico Peróxido de Hidrógeno
Óxidos salinos o mixtos: Compuestos que resultan al sumar dos óxidos de un mismo metal. Esto es, los óxidos de metales con dos estados de oxidación. Estos compuestos responden a la siguiente fórmula: M3O4 Nomenclatura: ÓXIDO SALINO DE, y luego el nombre del METAL. Compuestos de este tipo se muestran a continuación: Fe3O4 Óxido Salino de Hierro Mn3O4 Óxido Salino de Manganeso Cu3O4 Óxido Salino de Cobre Pb3O4 Óxido Salino de Plomo Sn3O4 Óxido Salino de Estaño Ni3O4 Óxido Salino de Níquel
COMPUESTOS TERNARIOS Son compuestos que presentan en sus moléculas átomos de tres elementos distintos. Estos son:
Hidróxidos Son compuestos oxigenados e hidrogenados. Se obtienen debido a la unión de un Metal y el Grupo Hidróxido (OH): Se obtienen también combinando un ÓXIDO BÁSICO (Óxido Metálico) con el AGUA, y aumentando tantas moléculas de agua como oxígenos tenga el óxido: Nomenclatura:
HIDRÓXIDO DE, y luego el nombre del metal cuando tiene un solo estado de oxidación. HIDRÓXIDO, y el metal terminado en OSO e ICO cuando presenta dos estados de oxidación.
Los siguientes compuestos son ejemplos de este tipo: Na(OH) Mn(OH)2 Ca(OH)2 Mn(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH) Zn(OH)2 Jorge
Hidróxido de Sodio Hidróxido Manganoso Hidróxido de Calcio Hidróxido Mangánico Hidróxido de Aluminio Hidróxido Cuproso Hidróxido de Zinc
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Oxácidos u oxoácidos: Estos compuestos resultan de la unión de un Óxido Ácido (Anhídrido) con el Agua: Son de tres clases: ORTO, META y PIRO ORTO Se obtienen de la siguiente manera:
Escribir los símbolos del Hidrógeno, No Metal y Oxígeno. El número de HIDRÓGENOS es igual al estado de oxidación negativo del No Metal. El número de OXÍGENOS es igual a la suma del número de hidrógenos con el estado de oxidación positivo del no metal y dividido para 2.
Nomenclatura
ÁCIDO ORTO y luego el nombre del no metal terminado en ICO, si este tiene un solo estado de oxidación. Cuando el no metal tiene dos estados de oxidación su nombre termina en OSO e ICO. Si tiene más de dos, tenemos: HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO A continuación, se muestran algunos compuestos de este tipo: H3BO3 H2SO3 H2SO4 H3PO3 H3PO4 HClO HClO2 HClO3
Ácido Bórico Ácido Sulfuroso Ácido Sulfúrico Ácido Fosforoso Ácido Fosfórico Ácido Hipocloroso Ácido Cloroso Ácido Clórico META
Se obtiene quitándole al ácido ORTO, 2 Hidrógenos y 1 Oxígeno, esta regla se cumple únicamente con las familias III, IV y VA. Nomenclatura
ÁCIDO META, y luego el no metal terminado en ICO, cuando tiene un solo estado de oxidación. Cuando posee dos estados de oxidación, el nombre del no metal termina en OSO o ICO.
Los siguientes son ácidos de este tipo: HBO2 Ácido Metabórico H2SiO3 Ácido Silísico H2CO3 Ácido Carbónico HAsO2 Ácido Metarsenioso Jorge
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HAsO3 Ácido Metarsénico HSbO2 Ácido Metantimonioso HSbO3 Ácido Metantimónico PIRO Se obtienen duplicando el ácido ORTO y quitándole 2 Hidrógenos y 1 Oxígeno. Se obtienen también añadiéndole al Ácido ORTO su anhídrido respectivo. Para el B, grupos IV y V se forman sumando el orto y la meta. Nomenclatura
ÁCIDO PIRO, el nombre del no metal terminado en ICO. Cuando el no metal tiene 2 estados de oxidación, su nombre termina en OSO e ICO.
Los siguientes son ácidos de este tipo: H4B2O5 H2S2O5 H2S2O7 H4As2O5 H4As2O7
Ácido Pirobórico Ácido Pirosulfuroso Ácido Pirosulfúrico Ácido Piroarsenioso Ácido Piroarsénico
Oxácidos de metales: Algunos metales al actuar con números o estados de oxidación altos como +4, +5, +6, +7 y a veces +3 forman oxácidos: H2CrO4 H2Cr2O7 H2MnO4 HMnO4 HBiO3 H3VO4 H3AlO3 HAlO2 H2WO4
Ácido Crómico Ácido Dicrómico Ácido Mangánico Ácido Permangánico Ácido Metabismútico Ácido Ortovanadico Ácido Alumínico Ácido Metalumínico Ácido Túngstico
Oxosales u oxisales neutras: Proceden de la neutralización total de un Oxácido con un Hidróxido o Base. Todos los Hidrógenos del Oxácido son reemplazados por metales o radicales. Nomenclatura: Para dar el nombre se debe ver de qué ácido provienen, cambiando la terminación del ácido de la siguiente manera: ACIDO Oso Ico
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OXISAL ito ato
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A continuación, se muestran algunos ejemplos: Al2(SO4)3 NaNO3 Ca(ClO)2 Cd(BO2)2 K2Cr2O7 KMnO4 NaBiO3 Cu4As2O5 FeS2O7
Sulfato de Aluminio Nitrato de Sodio Hipoclorito de Calcio Metaborato de Cadmio Dicromato de Potasio Permanganato de potasio Metabismutato de Sodio Piroarsenito Cuproso Pirosulfato Ferroso
Ecuaciones químicas Muchas sustancias químicas pueden combinarse para dar lugar a otras sustancias de distinta naturaleza. A estos fenómenos se los denomina reacciones químicas. Una ecuación química consta de dos miembros separados por una flecha que indica el sentido de la transformación. Las sustancias que la inician se denominan reactivos y van al lado izquierdo de la flecha. Las sustancias finales que se obtienen son los productos y van a la derecha de la flecha. Reactivos Productos A + B
C + D
Al estado físico de las sustancias que intervienen en una reacción se lo indica mediante símbolos que se colocan detrás de cada fórmula. Si el elemento o compuesto es:
Sólido (s) Líquido (l) Gas (g) Acuoso (ac o aq)
Ley de conservación de la masa Esta ley menciona que “la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma”. En toda reacción química la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos de la reacción. Ejemplo: Si 100 gramos de A reaccionan con 50 g de B para producir 70 gramos de C, ¿cuántos gramos de D se espera que se produzcan tomando en cuenta la siguiente reacción?
A+B
C+D
Se reemplazan los datos que se conocen de la reacción y el dato que no se conoce, en este caso, D se pone como incógnita. 100 g + 50 g = 70 g + D 150 g = 70 g + D D = 80 g
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Ley de proporciones definidas Las cantidades relativas de los elementos constitutivos de un compuesto permanecen constantes, independientemente del origen del compuesto inicial. En el siguiente ejemplo, los reactivos son H2 y O2: se combinan en la proporción de 1 a 8 respectivamente: 𝟐𝑯𝟐 2 moles 2 4g
+ 𝑶𝟐 1 mol 32 32g
1
8
→ 𝟐𝑯𝟐 𝑶 2 moles 18 36g Simplificando 9
→ → →
Moles Peso molecular (PM) Masa= Moles* PM
→
Ley de Proust
Subíndices y coeficientes estequiométricos Las ecuaciones químicas describen abreviadamente las reacciones con base a las leyes de la transformación de la materia. Para que esta descripción sea totalmente correcta, hay que introducir coeficientes, llamados coeficientes estequiométricos. Estos indican en qué proporción intervienen las moléculas de reactivos y productos en una reacción química. Coeficiente estequiométrico. - es un número que se pone delante de cada especie química e indica la proporción en que esta especie se involucra en la reacción, cuando este número es igual a 1 no se coloca ningún número. Subíndice estequiométrico. - es un número que se ubica al lado derecho de un átomo o un ion e indican la cantidad de átomos o iones que tiene la especie química, cuando cualquiera de estos subíndices es 1 no se coloca ningún número. Ejemplo:
Coeficiente estequiométrico
4 Al2 (S1O4)3 Subíndices
- En el compuesto existen 2 átomos de aluminio y 3 iones sulfato - Existe en el ion sulfato 1 átomo de azufre y 4 átomos de oxígeno
Balance de ecuaciones El objetivo de balancear una ecuación química es que exista el mismo número de átomos en ambos lados de la flecha. Para ello se agregan coeficientes estequiométricos a los elementos o compuestos de la reacción, ya sean reactivos o productos.
Método por Tanteo Consiste en que las dos ecuaciones tengan los átomos de cada elemento químico en igual cantidad, aunque estén en diferentes sustancias.
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Pasos para balancear una ecuación química por tanteo: 1. Escribir la ecuación con la estructura básica para la reacción. 2. Contar los átomos de los elementos de los reactivos. 3. Contar los átomos de los elementos en los productos. 4. Cambiar los coeficientes para que el número de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación. Para igualar se tiene el siguiente orden:
Metales No metales o aniones que se mantengan a lo largo de la reacción Hidrógeno Oxígeno
5. Escribir los coeficientes en su razón más baja posible. Los coeficientes deben ser los números enteros más pequeños posibles. Por ejemplo, la ecuación química que representa la síntesis del amoníaco es: N2 + H2 → NH3 La ecuación no está completa porque el lado izquierdo tiene el doble de átomos de nitrógeno que el lado derecho. De igual manera hay una diferencia entre el número de átomos de hidrógeno del lado izquierdo y del lado derecho. Para estar de acuerdo con la ley de conservación de la masa, debe existir el mismo número de átomos en ambos lados de la flecha. Por lo que se necesita balancear la ecuación N2 + 3H2 → 2 NH3
(ecuación balanceada)
Método Algebraico Consiste en asignar una letra a cada una de las especies químicas como coeficientes en la ecuación química y se crean ecuaciones en función de los átomos de los elementos. Para resolver la ecuación se determina el valor de los coeficientes. Ejemplo: FeS + O2 → Fe2O3 + SO2 Se escribe una letra para cada una de las sustancias en la ecuación, se debe establecer cuántos átomos hay en los reactivos y cuántos átomos hay en los productos: A FeS + B O2 → C Fe2O3 + D SO2 Se escriben las ecuaciones que describen las relaciones entre la cantidad de átomos de un elemento a cada lado de la ecuación química: A = 2C A=D 2B =3C + 2D Se asigna un valor para alguna letra de la ecuación y se sustituyen los valores en las demás ecuaciones: si C=2; entonces A = 4 Jorge
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si A=4; entonces D = 4 B = [(3*2) + 2(4)] / 2 = 7 Se coloca el valor encontrado de las letras en los compuestos de la ecuación como coeficientes estequiométricos: 4 FeS + 7 O2 → 2 Fe2O3 + 4 SO2
Método Redox (Óxido – Reducción) Es un proceso químico en el que tiene lugar alguna variación en el número de oxidación de los elementos. Esta variación es la consecuencia de la transferencia de los electrones. -
Reductor: Especie química que pierde electrones. Oxidante: Especie química que gana electrones.
Ejemplo: 𝐻20 + 𝐶𝑙20 → 2𝐻 +1 𝐶𝑙 −1 Reductor
Oxidante
El número de oxidación del hidrógeno varía de 0 a +1, el hidrógeno es el agente reductor ya que se ha oxidado. El número de oxidación del cloro ha variado de 0 a -1, el cloro es el agente oxidante ya que se ha reducido. Pasos para balancear una ecuación química por el método Redox: 1. Verificar que la ecuación este bien escrita y completa. HNO3 + HI → NO + I2 + H2O 2. Colocar los números de oxidación en cada uno de los elementos de la reacción. 𝐻 +1 𝑁 +5 𝑂3−2 + 𝐻 +1 𝐼 −1 → 𝑁 +2 𝑂 −2 + 𝐼20 + 𝐻2 𝑂 Observar qué números de oxidación cambiaron en los elementos de la ecuación. 3. Se identifican las semirreacciones de oxidación y de reducción y se escriben por separado. 𝐼 −1 → 𝐼20 + 2𝑒
Semirreacción de oxidación
𝑁 +5 𝑂3−2 + 3𝑒 → 𝑁 +2 𝑂 −2 Semirreacción de reducción 4. Se ajusta los átomos de cada elemento en la semirreacción 2𝐼 −1 → 𝐼20 5. Se verifica que el número de electrones en las semireacciones sea el mismo, de no ser así, se debe multiplicar por un factor para obtener el mismo número de electrones en las dos semireacciones y simplificarlos. En el ejemplo se multiplica la oxidación por 3 y la reducción por 2 6𝐼 −1 → 3𝐼20 + 6𝑒 2𝑁 +5 𝑂3−2 + 6𝑒 → 2𝑁 +2 𝑂−2 6. Sumar las semireacciones para obtener la reacción global Jorge
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6𝐼 −1 + 2𝑁 +5 𝑂3−2 → 3𝐼20 + 2𝑁 +2 𝑂 −2 7. Colocar los resultados como coeficientes en el lugar correspondiente de la ecuación original 2𝐻 +1 𝑁 +5 𝑂3−2 + 6 𝐻 +1 𝐼 −1 → 2𝑁 +2 𝑂−2 + 3 𝐼20 + 𝐻2 𝑂 8. Completar el balanceo por tanteo y verificar la cantidad de átomos en cada miembro de la ecuación. 2HNO3 + 6HI →2 NO + 3I2 + 4H2O Ejercicios: 1. Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: 2.
Zn +HCl → ZnCl2 +H2 HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 +H2O Al2O3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O P + O2 → P2O3 Na + H2O → NaOH + H2 P2O5 + H2O → H3PO4 KClO3 → KCl + O2 Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico:
-
BaO2 + HCl → BaCl2 + H2O2 H2SO4 + C → SO2 + CO2 + H2O Ag2SO4 + NaCl → AgCl + Na2SO4 NaNO3 + KCl → NaCl + KNO3 FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 SO2 + O2 → SO3
3. Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método redox: - KClO3 + S + H2O → Cl2 + K2SO4 + H2SO4 - Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O + NO - I2 +HNO3 → HIO3 + NO+ H2O
ESTEQUIOMETRÍA Es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química.
Masa atómica y Avogadro A la unidad internacional para poder medir la cantidad de sustancia se le conoce como mol. Un mol representa una cantidad muy grande de unidades. La equivalencia en partículas de 1 mol es el número de Avogadro (NA) NA = 6,023 x 1023 unidades
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Cada átomo de la tabla periódica puede tener esta equivalencia, por ejemplo, para el caso del carbono: 1 mol de C = 6,023 x 102 átomos de C Para transformar la masa de cualquier elemento a la cantidad de átomos presentes en la misma es indispensable convertir la masa a moles. Para transformar la masa de un elemento a moles se hace lo que en el siguiente ejemplo: -
Calcular el número de átomos de Fe presentes en 22,21 g de Fe
Para convertir a número de moles se usa la masa atómica del elemento que se encuentra en la tabla periódica 22,21 𝑔 𝐹𝑒 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 = 0,40 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 55,85 𝑔 𝐹𝑒
Con el número de moles de Fe, se transforma a átomos con la equivalencia del número de Avogadro 0,40 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 𝑥
6,023 𝑥 1023 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐹𝑒 = 2,41 𝑥11023 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐹𝑒 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒
Cálculo de la masa molecular Para calcular la masa molecular de un compuesto se necesita saber la cantidad de átomos de cada especie que compone la molécula. La suma de los pesos de los elementos que hay en un compuesto da como resultado la masa de la molécula y esto es equivalente a un mol del mismo compuesto. Para calcular la masa molecular del carbonato de hierro (III) Fe2 (CO3), se calcula de la siguiente manera: Elemento Hierro Carbono Oxígeno
Número de moles 2 3 9
Masa atómica (g) 55,85 12,01 16
Masa total (g) 111,70 36,03 144
111,7 (g Fe) +36,03 (g C) + 144 (g O) = 291,73 g Fe2(CO3)3 1 mol Fe2(CO3)3 = 291, 73 g Fe2(CO3)3
Fórmulas químicas La fórmula química es una representación simbólica de la molécula o unidad estructural de una sustancia en la que se indica la cantidad o proporción de átomos que intervienen en el compuesto. a. Fórmula molecular (compuestos covalentes): indica el número y clase de átomos de una molécula. H2O
HCl
O2
F2
b. Fórmula estructural (compuestos covalentes): se representa la ordenación de los átomos y cómo se enlazan para formar moléculas. Indica la secuencia y el ordenamiento espacial de los átomos en una molécula.
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c. Fórmula empírica (compuestos iónicos): indica la proporción de los diferentes átomos que forman dicho compuesto. Es la mínima relación que hay entre los átomos de un compuesto. Así, el cloruro sódico se representa por NaCl. Ejemplo: El ácido ascórbico (vitamina C) contiene 40,92 % en masa del carbono, 4,58 % en masa de hidrógeno y 54,50 % en masa de oxígeno. a. Determine la fórmula empírica del ácido ascórbico b. Establezca la fórmula molecular del ácido ascórbico si el peso molecular real es de 176,14 g Para resolver este ejercicio se pasa a moles cada uno de los elementos: 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶 = 3,40 𝑚𝑜𝑙 𝐶 12,01 𝑔 𝐶
40,92 𝑔 𝐶 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐻 = 4,53 𝑚𝑜𝑙 𝐻 1,01 𝑔 𝐻
4,58 𝑔 𝐻 𝑥 54,50 𝑔 𝑂 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂 = 3,40 𝑚𝑜𝑙 𝑂 16 𝑔 𝑂
Se dividen los resultados para el valor menor: 𝐶∶ 𝐻∶
3,40 𝑚𝑜𝑙 =1 3,40 𝑚𝑜𝑙
4,53 𝑚𝑜𝑙 = 1,33 3,40 𝑚𝑜𝑙
𝑂∶
3,40 𝑚𝑜𝑙 =1 3,40 𝑚𝑜𝑙
Si los resultados obtenidos no son números enteros se multiplica por cualquier valor entero, siguiendo un orden hasta que los resultados sean números enteros C: 1x3 =3
H: 1,33x3=3,99 ≈ 4
O:1x3 = 3
Los resultados representan los subíndices del compuesto en el orden en que fueron establecidos al inicio C3H4O3 Para determinar si se trata de una fórmula empírica o molecular se obtiene el peso del compuesto calculado y se compara con el valor real, si el factor es igual a 1 se tendrá una fórmula empírica y molecular a la vez, caso contrario, para encontrar la fórmula molecular se debe multiplicar cada subíndice del compuesto por el factor calculado.
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Cálculos con ecuaciones Una vez que se ha escrito e igualado la ecuación química de una reacción, si se conocen las masas atómicas de los elementos que intervienen en el proceso, se pueden conocer los cambios de masa que ocurren cuando los reactivos se convierten en los productos. Ejemplo: El metano (CH4) con el oxígeno (O2) produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2), como se muestra en la siguiente reacción CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2 a. Con 7,20x1021 moléculas de CH4, ¿cuántos gramos de H2O se van a producir? b. Con 6,5 moles de O2, ¿cuántos moles de CO2 se van a producir? c. Con 60 gramos de O2, ¿cuántos gramos de H2O se van a formar? 7,20 𝑥 1021 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝐶𝐻4 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 = 0,012 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 6,023 𝑥 1023 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝐻4
0,012 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 𝑥 6,5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2 𝑥 60 𝑔 𝑂2 𝑥
2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 𝑂 18 𝑔 𝐻2 𝑂 𝑥 = 0,43 𝑔 𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 = 3,25 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 𝑂 18 𝑔 𝐻2 𝑂 𝑥 𝑥 = 33,75 𝑔 𝐻2 𝑂 32 𝑔 𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂
Reactivo limitante y reactivo en exceso Cuando ocurre una reacción química, generalmente los reactivos no están presentes en las mismas cantidades estequiométricas. Están en diferentes proporciones que las que indica la ecuación balanceada Necesariamente un reactivo debe estar en exceso, en consecuencia, una parte de este sobrará al final de la reacción. Una reacción se va a detener cuando se consuma el reactivo que está en menor cantidad. Reactivo limitante: es el que se consume por completo y limita la reacción. Es el reactivo que produce menor cantidad de producto. Reactivo en exceso: es el que ingresa en mayor proporción, por lo tanto queda sobrante al finalizar la reacción. Por ejemplo si se tiene la siguiente reacción: MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O Si reaccionan 0,8 moles de MnO2 con 48,2 g de HCl: a. ¿Cuál es el reactivo limitante? b. ¿Cuál es el reactivo en exceso? c. ¿Cuánto se forma en gramos de Cl2? Jorge
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d. ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso quedan sin reaccionar? Para resolver este ejercicio se transforma las cantidades de reactivos a las unidades deseadas de alguno de los productos, para este caso en particular se tiene Cl2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 70 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥 = 56 𝑔 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑛𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑀𝑛𝑂2 𝑥 48,2 g HCl x
1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 70 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥 𝑥 = 23,13 𝑔 𝐶𝑙2 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 4 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
El reactivo limitante es el que produce menor cantidad de producto, de modo que el reactivo limitante es el HCl y el reactivo en exceso es el MnO2; por tanto, la cantidad de Cl2 que se produce es 23,13 g de Cl2 Luego se transforma la cantidad de reactivo en exceso a moles. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑟 = 23,13 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑛𝑂2 𝑥 = 0,33 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 70 𝑔 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
El reactivo que queda sin reaccionar se obtiene de la diferencia respecto al dato inicial 0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 − 0,33 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 = 0,47 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2
Rendimiento de reacción Cuando se efectúa una reacción química se calculan las cantidades de productos que se espera obtener a partir de las cantidades de reactivos utilizados y de la estequiometría de la reacción. En la práctica, suele ser frecuente que la cantidad obtenida sea menor de la esperada, es decir que la reacción tiene un rendimiento inferior al 100 %. Este menor rendimiento se da por diferentes causas: - La pérdida de material durante su manipulación. - El desarrollo de la reacción en condiciones inadecuadas. - La existencia de reacciones paralelas que dan lugar a productos no deseados. La relación entre la cantidad de producto final obtenido (rendimiento real) y la cantidad que debía obtenerse según la estequiometría de la ecuación (rendimiento teórico se expresa mediante el rendimiento de la reacción 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 (%) =
𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 × 100% 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
Ejemplo: Se hacen reaccionar 10 g de óxido de aluminio (Al2O3) con un exceso de ácido clorhídrico (HCl) para obtener 25 g de cloruro de aluminio. Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O a. Calcular el rendimiento de la reacción b. Si el rendimiento fuera del 60 %, ¿cuánto se esperaría que fuera el rendimiento real? 10 𝑔 𝐴𝑙2 𝑂3 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 𝑂3 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑙𝐶𝑙3 132 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 𝑥 𝑥 = 25,88 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 102 𝑔 𝐴𝑙2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙𝐶𝑙3
Para obtener el rendimiento de la reacción se reemplaza los datos obtenidos en la fórmula
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% 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
25𝑔 𝑥100% = 96,59% 25,88𝑔
Para calcular el rendimiento real se procede de la siguiente manera: 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =
𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙(%) × 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 100 %
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 25,88𝑔𝑥
60% = 15,2 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 100%
Ejercicios: 1. Se cuenta con 0,11 mol de níquel (Ni). Determina ¿Cuántos gramos representa? ¿Cuántos átomos de níquel se tiene en esa masa? 2. Si se tiene 1,35 x 1031 átomos de Au ¿cómo debería quedar expresada esta cantidad en moles? 3. La alicina muestra la siguiente composición porcentual en masa: C = 44,4 %; H= 6,21 %, S = 39,5 %; O = 9,86 %. Calcule su fórmula empírica y molecular si la masa es de 324 g. 4. Con base en la siguiente reacción: N2+3H2 →2NH3 contesta: Con 70 g de N2 ¿cuántas moles de NH3 se van a producir? Con 9 moles de H2 ¿cuántas moléculas de NH3 se van a producir? 5. Para producir 3,33 x 109 moléculas de NH3 ¿Cuántos gramos de N se necesita? 6. Calcule la masa de yoduro de plomo (II) PbI2 que se obtendrá al hacer reaccionar 15 g de yoduro de potasio, KI con un exceso de nitrato de plomo (II) Pb (NO3)2. En la reacción también se produce nitrato de potasio KNO3 7. Cuando el Al se transforma en Al2O3 al reducir el TiO2 a Ti. ¿Cuántos gramos de Titanio pueden producirse si se consumen 3,50 g de Aluminio? 8. Reaccionan 2,49 moles de CH4 con 6,25 moles de O2 para producir dióxido de carbono y agua como se muestra en la siguiente reacción: CH4 + O2 → CO2 + H2O ¿Cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso? ¿Cuántos gramos de CO2 se van a formar? ¿Cuántas moles de reactivo en exceso quedan sin reaccionar? 9. Considere la reacción de oxidación de NH3 por O2 en la que se produce NO y H2O. ¿Cuántos gramos de H2O se producen en esta reacción por gramo de NO? 10. El litio y el nitrógeno reaccionan para producir nitruro de litio 6Li + N2 → 2Li3N Si se hacen reaccionar 5 gramos de cada reactivo y el rendimiento es del 80,5% ¿cuántos gramos de Li3N se obtienen en la reacción?
Enlaces químicos Cuando los átomos entran en interacción mutua, de modo que se completan sus niveles energéticos exteriores, se forman partículas nuevas más grandes. Estas partículas constituidas por dos o más átomos se conocen como moléculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces. Hay dos tipos principales de enlaces: iónico y covalente. Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta. Las partículas formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro se conocen como iones. Para muchos átomos, la manera más simple de completar el nivel energético exterior consiste Jorge
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en ganar o bien perder uno o dos electrones. Este es el caso de la interacción del sodio con el cloro que forma cloruro de sodio a través de un enlace iónico. Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias iónicas se separan fácilmente en agua, produciendo iones libres. Muchos iones constituyen un porcentaje ínfimo del peso vivo, pero desempeñan papeles centrales. El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayoría de los organismos y en su presencia puede ocurrir la mayoría de los procesos biológicos esenciales. Los iones calcio (Ca2+), potasio (K+) y sodio (Na+) están implicados todos en la producción y propagación del impulso nervioso. Además, el Ca2+ es necesario para la contracción de los músculos y para el mantenimiento de un latido cardíaco normal. El ion magnesio (Mg2+) forma parte de la molécula de clorofila, la cual atrapa la energía radiante del Sol en algunas algas y en las plantas verdes.
Los enlaces covalentes están formados por pares de electrones compartidos. Un átomo puede completar su nivel de energía exterior compartiendo electrones con otro átomo. En los enlaces covalentes, el par de electrones compartidos forma un orbital nuevo (llamado orbital molecular) que envuelve a los núcleos de ambos átomos. En un enlace de este tipo, cada electrón pasa parte de su tiempo alrededor de un núcleo y el resto alrededor del otro. Así, al compartir los electrones, ambos completan su nivel de energía exterior y neutralizan la carga nuclear. Los átomos que necesitan ganar electrones para tener un nivel energético exterior completo y por lo tanto estable, tienen una fuerte tendencia a formar enlaces covalentes. Así, por ejemplo, un átomo de hidrógeno forma un enlace covalente simple con otro átomo de hidrógeno. También puede formar un enlace covalente con cualquier otro átomo que necesite ganar un electrón para completar su nivel de energía exterior. La capacidad de los átomos de carbono para formar enlaces covalentes es de extraordinaria importancia en los sistemas vivos. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su nivel energético exterior. Puede compartir cada uno de estos electrones con otro átomo, formando enlaces covalentes hasta con cuatro átomos. Los enlaces covalentes formados por un átomo de carbono pueden hacerse con cuatro átomos diferentes (los más frecuentes son hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) o con otros átomos de carbono.
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Fuerzas de interacción molecular Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del comportamiento no ideal de los gases. Ejercen aún más influencia en los estados más condensados de la materia (sólido y líquido). A diferencia de las fuerzas intermoleculares, las fuerzas intramoleculares permiten mantener juntos a los átomos de una molécula. Estas fuerzas estabilizan a la molécula, mientras que las fuerzas intermoleculares son las principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia. Las fuerzas intermoleculares suelen ser más débiles que las intramoleculares, por tal motivo, resulta más sencillo evaporar un líquido que romper sus moléculas como tal. Para comprender las propiedades de los estados de la materia condensados, es necesario conocer los distintos tipos de fuerza que actúan en ellos, como son: dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y las demás fuerzas de atracción que en conjunto se conocen como las Fuerzas de Van Der Waals.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solución, esta relación se expresa en unidades de concentración, las cuales se clasifican en unidades Físicas y Químicas.
UNIDADES FÍSICAS Estas unidades suelen expresarse en porcentajes, referidos a la masa (gramos) y al volumen (mililitros).
Porcentaje referido a la masa (%m/m) Relaciona la masa de soluto, en gramos, presente en una cantidad dada de solución. Por ejemplo: En la etiqueta de un frasco de vinagre aparece la información: solución de ácido acético al 4% en peso gramos. El 4% en peso indica que el frasco contiene "4 gramos de ácido acético en 100 gramos de solución" 𝑃 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 % = ∗ 100 𝑃 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Porcentaje referido al volumen (%v/v) Se refiere al volumen de soluto, en mililitros (mL), presente en cada 100 mL de solución. Por ejemplo: una solución tiene una concentración de 5%v/v, esto significa que se tienen 5 mL de soluto disueltos en 100 mL de solución. 𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 % = ∗ 100 𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Porcentaje masa-volumen (%m/v) Representa la masa de soluto (en gramos) por cada 100 mL de solución se puede hallar con la siguiente expresión: % Jorge
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𝑃 𝐺𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = ∗ 100 𝑉 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 6
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UNIDADES QUÍMICAS Estas unidades se basan en el uso del concepto de MOL. Recuerda que un mol indica la cantidad de moléculas presentes en una sustancia y su equivalencia corresponde al peso de las moléculas del compuesto o peso atómico de los átomos.
Molaridad (M) Se define como el número de moles de solución. Matemáticamente se expresa así: 𝑀=
de
soluto
disuelto
en
un
litro
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Molalidad (m) Indica la cantidad de moles de soluto presentes en 1 Kg de solvente. NOTA IMPORTANTE: cuando el solvente es agua, y debido a que la densidad de esta es de 1g/mL, 1 Kg de agua equivale a un litro. Se expresa así: 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚) =
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑘𝑔)
Normalidad (N) Relaciona el número de equivalentes gramos o equivalentes químicos de un soluto con la cantidad de solución (1L). Se expresa: 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
ÁCIDO
Nº DE EQUIVALENTES
equi − g =
BASE
PM # hidrogenos
equi − g =
SAL
equi − g =
PM # OH
PM subindice por la valencia del metal
Por ejemplo: Para el ácido sulfúrico (H2SO4), un equivalente gramo corresponde a el peso molecular dividido entre el número de H+ capaz de producir, en este caso sería: 1 equiv = 98 gr/ 2H+ = 49 gramos.
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PREGUNTAS DE REPASO 1. ¿Cuál proceso permite a los organismos obtener la energía necesaria para realizar sus funciones vitales y a su vez excretar las sustancias de desecho? a) Metabolismo b) Fotosíntesis c) Fermentación d) Quimiosíntesis 2. Un disacárido es un compuesto formado por dos unidades de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Los principales disacáridos son: a) b) c) d)
Glucosa, galactosa, fructosa Sacarina, almidón y glucosa Sacarosa, maltosa y lactosa Glucógeno, almidon y celulosa
3. La oveja Dolly fue el primer mamífero clonado que logró tener crías completamente normales. Pero al pasar de pocos años, la oveja padeció múltiples enfermedades como artritis y adenomatosis pulmonar lo que le provocó un tumor pulmonar. ¿Los científicos atribuyen este suceso al tipo de célula que se clonó, la cual fue? a) b) c) d)
Una mórula producto de la fecundación de diferentes gametos. Una célula somática de la ubre de la oveja clonada. Un blastómero de la mórula producto de la fecundación. Una célula somática de la piel de la oveja clonada.
4. Relacione el mecanismo de expresión genética de los ácidos nucleicos con su función. Mecanismo 1. Replicación 2. Transcripción 3. Traducción
Proceso a) Proceso por el cual los ribosomas convierten la secuencia de codones del ARNm en una secuencia de aminoácidos b) Proceso de copia de un gen o fragmento de ADN utilizando ribonucleótidos para formar diferentes tipos de ARN c) Proceso por el cual el ADN se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos
a) 1a, 2b, 3c b) 1a, 2c, 3b
c) 1b, 2c, 3a d) 1c, 2b, 3a
5. Complete el enunciado. Un sistema coloidal tiene dos _______, un dispersante y otra _______. En ambas, los solutos se denominan _______. a) fases - dispersora - micelas b) estructuras - difusa - reactivos c) fases - difusa - moléculas d) partes - solvente – micelas Jorge
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6. Seleccione los procesos catabólicos que ocurren en el metabolismo celular. 1. 2. 3. a) b) c) d)
Síntesis de proteínas Glucólisis Ciclo de Krebs 1, 2, 4 1, 3, 4 2, 3, 5 2, 4, 5
4. Ciclo de Calvin 5. Fermentación
7. La aorta, carótida e ilíaca corresponden a nombres de vasos arteriales. Las arterias se caracterizan por: a) b) c) d)
Tener su origen en los ventrículos. Llevar sangre de los tejidos hacia el corazón. Tener válvulas en toda su trayectoria. Transportar sangre poco oxigenada.
8. Ordene los elementos según su electronegatividad en orden creciente.
a) b) c) d)
1. Ca 2. F 1, 3, 6, 5, 4, 2 2, 4, 5, 6, 3, 1 3, 6, 5, 4, 2, 1 6, 5, 4, 2, 1, 3
3. Fe 4. Cl
5. Br 6. I
9. Relacione los elementos químicos con sus símbolos. Elemento Símbolo 1. Itrio a) Sb 2. Arsénico b) I 3. Yodo c) Ar 4. Antimonio d) Y e) As A) 1a, 2b, 3d, 4c B) 1b, 2a, 3d, 4e C) 1d, 2c, 3e, 4b D) 1d, 2e, 3b, 4ª 10. La natalidad, la mortalidad, emigración e inmigración son factores que influyen en: a) b) c) d)
La salida de individuos hacia otros biotipos. Las causas que producen el crecimiento natural y real. El grado de aislamiento del fenotipo. La densidad de una población. 11. De la unión de un hombre de grupo sanguíneo A heterocigoto con una mujer del grupo sanguíneo B heterocigoto, sus descendientes podrán tener grupos sanguíneos:
a) AB Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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b) c) d) e)
A, AB, B y O A, B y AB A, B y O AyB
12. Ordene las etapas del desarrollo embrionario humano, desde la más temprana hasta la más tardía. 1. Blastocisto 4. Gastrulación 2. Cigoto 5. Mórula 3. Neurulación 6. Organogénesis a) 1, 2, 5, 3, 4, 6 b) 2, 5, 1, 4, 3, 6 c) 4, 1, 3, 2, 6, 5 d) 6, 4, 3, 5, 1, 2 13. Ordene cronológicamente los hechos planteados en la teoría del Big Bang, desde el más temprano al más tardío. 1. 2. 3. 4.
Formación de estructuras Gran unificación Inflación cósmica Nucleosíntesis
a) b) c) d)
1, 3, 4, 2 2, 3, 4, 1 3, 2, 1, 4 4, 1, 3, 2
14. La ley de Hardy-Weinberg dice que una población en equilibrio mantiene las frecuencias de sus alelos de generación en generación. Para que la población mantenga este equilibrio genético, son necesarias las siguientes condiciones, excepto: a) b) c) d)
tamaño grande de la población apareamiento al azar ausencia de migraciones selección natural
15. Los condrocitos son células maduras que se alojan en cavidades denominadas condroplastos o condroceles y forman parte de un tejido especial de sostén que se denomina: a) b) c) d)
Tejido adiposo. Tejido cartilaginoso Tejido óseo Tejido hematopoyético
16. La lluvia ácida, responsable de los daños directos en los bosques, lagos, suelos, ríos, tiene su origen: a)
La combinación del vapor de agua, rayos solares y oxígeno.
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b) c) d) e)
La emisión de compuestos clorofluorocarbonados. La industria metalúrgica. Radiaciones visibles, infrrarrojas y microondas. El deterioro de la capa de ozono. 17. La fotosíntesis comprende una etapa luminosa que se produce en ________ y una etapa oscura en el estroma, donde la reacción del _______ sintetiza la glucosa. a) b) c) d)
La matriz del cloroplasto – ciclo de Calvin. Los tilacoides – ciclo de Calvin. El cloroplasto – ciclo del ácido fosfoclicérico. La membrana externa – ATP.
18. Seleccione los enunciados que describen cambios químicos de la materia. I. II. III. IV. V. VI.
A) B) C) D)
Evaporación del agua Limpieza de una mancha con jabón Respiración de los seres vivos Dilatación del Hg en un termómetro Digestión estomacal Vulcanización del caucho
1, 2, 5, 6 1, 3, 4, 6 2, 3, 4, 5 2, 3, 5, 6
19. Relacione los elementos con el grupo al que pertenecen. Elemento Grupo 1. Calcio a) Alcalinos 2. Potasio b) Carbonoides 3. Silicio c) Halógenos 4. Cloro d) Alcalino-térreos a) b) c) d)
1a, 2c, 3b, 4d 1b, 2c, 3d, 4a 1c, 2d, 3a, 4b 1d, 2a, 3b, 4c
20. Identifique la fórmula empírica del ácido ascórbico, sabiendo que está formado por 40,92 % de carbono, 4,58 % de hidrógeno y 54,50 % de oxígeno. a) C3H4O3 b) C9HO12 c) C7H7O4 d) CHO
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21. En la actualidad la biotecnología busca nuevas alternativas en el campo de la salud, el ambiente y los alimentos. Uno de esas tecnologías involucra el transferir genes de un organismo a otro tanto en plantas como en animales, para poder obtener un producto, un bien o un servicio para el beneficio del hombre. Esta técnica biotecnológica se conoce como: a) Agrotecnología. b) Terapia génica. c) Bioinformática. d) Transgénesis. 22. El cloruro de sodio (NaCl) es un compuesto formado por dos iones: un catión sodio y un anión cloruro. Los enlaces de los compuestos iónicos se forman cuando: a) b) c) d)
Un átomo cede electrones y otro los acepta. Los átomos comparten los electrones de su último nivel. Las cargas de los electrones hacen que estos se repelan. No intervienen cargas eléctricas y la unión es poco estable.
23. El pelo moteado de un conejo es su_________; su condición heterocigota es el _________, el cual se representa como _________. a) b) c) d)
genotipo - fenotipo - aA fenotipo - híbrido - AA fenotipo - genotipo - Aa híbrido - genotipo – aa
24. La formación del huso acromático es un evento que ocurre en la: a) b) c) d)
Profase Metafase Anafase telofase
25. En cuanto a los órganos de los sentidos que conforman el sentido de la vista ¿cuál de las siguientes estructuras no pertenece a los órganos que forman parte del aparato de la visión? a) b) c) d)
Córnea Cóclea Esclerótica Humor acuoso
26. Son organismos eucariontes, heterótrofos, con pared celular de quitina y sin locomoción: a) b) c) d)
Protista Archeobacteria Fungi Animalia
27. Elija cuál de las siguientes estructuras de la neurona corresponde al siguiente enunciado “son ramificaciones cortas que parten del cuerpo de la neurona, a través de las cuales las neuronas se conectan entre si y reciben la información”.
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e) f) g) h)
Cuerpo neuronal Axones Dendritas Nodos de Ranvier
28. La faringe tiene una doble función ya que permite el paso tanto del alimento como del aire, ya que comunica tanto a la cavidad oral y a la cavidad nasal con el esófago y la tráquea respectivamente; de estas dos últimas indique cuál de las siguientes características corresponden a la tráquea: a) b) c) d)
Corresponde a una fila de anillos cartilaginosos. En la región posterior existe la ausencia de cartílago y encontramos a un tabique muscular. La capa más interna es una capa mucosa que secreta moco. Todas las anteriores
29. Corresponden a organismos unicelulares, eucariontes y heterótrofos, que se utilizan en procesos de fermentación anaerobia: a) Bacterias b) Protozoarios c) Cianobacterias d) Levaduras 30. ¿Cuál de los siguientes sistemas es el encargado de llevar a cabo la respuesta hormonal, es decir la segregación, como reacción a un estímulo, de sustancias denominadas hormonas que controlan el funcionamiento de ciertos órganos? i) j) k) l)
Sistema endócrino Sistema nervioso. Sistema osteomuscular. Sistema cardiocirculatorio.
31. Los carbohidratos, lípidos y aminoácidos constituyen elementos esenciales para la vida y contienen enlaces de carbono en su estructura básica, el carbono es el elemento indispensable para la vida, porque: a) b) c) d)
Forma dióxido de carbono, que es importante para la respiración. Es el principal constituyente de las moléculas orgánicas. Es el generador de los neurotransmisores que constituyen el impulso nervioso. Participa en la transferencia de energía calorífica.
32. A lo largo de la historia se ha buscado alternativas químicas para remediar suelos y aguas contaminadas por hidrocarburos, producto de la explotación petrolífera. Pero estas alternativas de remediación a lo largo del tiempo han resultado costosas y han creado compuestos secundarios producto de su interacción con la naturaleza. Por lo que en la actualidad se buscan nuevas técnicas como la fitorremediación en la que se utilizan plantas para bioacumular componentes tóxicos en sus tejidos vegetales y remediar los suelos contaminados. A esto se conoce como: a) b) c) d)
Biorremediación Biodegradabilidad Bioestimulación Atenuación natural
33. Complete lo siguiente:
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Entre las nuevas aplicaciones ………………………………. para facilitar la degradación de componentes orgánicos por parte de poblaciones microbianas, las cuales son de origen ……………………………. de los propios microrganismos. Encontramos a los ……………………………. que son capaces de reducir la tensión superficial entre a fase acuosa y oleaginosa, lo que permite la biodisponibilidad de compuesto orgánicos como los ……………………………… producto de la extracción de petróleo. Y a los ………………………………. que permiten estabilizar las emulsiones entre el agua y el compuesto orgánico lo que lo hace más biodisponible a la degradación bacteriana. Estas dos técnicas entre varias más se conocen como formas de …………………………… a) b) c) d)
Biosurfactantes, biotecnológicas, bioemulsionantes, biológico, hidrocarburos, biorremediación Biotecnológicas, biológico, biosurfactantes, hidrocarburos, bioemulsionantes, biorremediación Biorremediación, biológico, biotecnológicas, biosurfactantes, bioemulsionantes, hidrocarburos Biorremediación, biosurfactantes, hidrocarburos, biológico, biotecnológicas, bioemulsionantes
34. Relaciones los niveles de organización con sus atributos
1. 2. 3. 4. a) b) c) d)
Nivel Individuo Población Comunidad Ecosistema
Atributo a) Unidad básica de la evolución b) Unidad de selección natural c) Se producen ciclo de energía y nutrientes d) Interacción de organismos de diferentes especies
1a, 2b, 3c, 4d 1b, 2a, 3d, 4c 1c, 2d, 3a, 4b 1d 2a, 3b, 4c
35. Células dentro de la inmunidad adaptativa, encontramos Linfocitos T, B y NK; de estos tres los linfocitos B producen moléculas denominadas: a) b) c) d)
Antígenos Anticuerpos Proteínas plasmáticas Defensinas
36. La erradicación de la viruela se logró a través de un control focalizado en combinación mediante el cual se identificaban rápidamente nuevos casos de viruela, y se aplicaba la vacunación en anillo, es decir, la vacunación es una forma de adquirir inmunidad frente a varios agentes infecciosos, este tipo de transmisión de la inmunidad se denomina: a) b) c) d)
Inmunidad activa natural Inmunidad activa artificial Inmunidad pasiva natural Inmunidad pasiva artificial
37. Relacione la teoría del origen de la vida con el postulado: Teoría Postulado 1. Quimiosintética 2. Panspermia
a) Los primeros compuestos orgánicos se formaron en una atmósfera primitiva. b) La vida se formó por una fuerza divina superior
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3. Abiogénesis 4. Creacionismo a) b) c) d)
c) Las primeras formas vivientes llegaron a nuestro planeta desde el espacio exterior d) La vida surge a partir de cualquier materia no viviente o inerte
1a, 2c, 3d, 4b 1b, 2c, 3d, 4a 1c, 2d, 3a, 4b 1d, 2a, 3b, 4c
38. La célula posee varias rutas metabólicas cuya función final es la producción de moléculas energéticas de ATP. El proceso inicial que marca la ruta glucólisis ocurre en: a) b) c) d)
El citoplasma y en ausencia de oxígeno. El citoplasma en presencia de oxígeno. La membrana interna de la mitocondria. Las crestas mitocondriales.
39. Escribe el tipo adecuado de interacción de la comunidad: bacterias, que viven en el intestino humano, que sintetizan la vitamina K: _______; bacterias que causan enfermedades: ________; una garrapata que succiona sangre: _________; una abeja que poliniza una flor: _______; hongos que cubren árboles _________. a) b) c) d)
mutualismo; parasitismo; parasitismo; simbiosis; competencia parasitismo; mutualismo; parasitismo; mutualismo; competencia mutualismo; parasitismo; parasitismo; mutualismo; competencia parasitismo; mutualismo; parasitismo; competencia; mutualismo
40. Cuál de los siguientes órganos corresponde al siguiente enunciado “es un órgano situado en el exterior de la membrana amniótica y su función es comunicar el sistema circulatorio de la madre y el del embrión, también actúa como filtro de microorganismos o de sustancias nocivas a) b) c) d)
Cordón umbilical Placenta Endometrio Miometrio
41. Cada región del cuerpo se encuentra formado por distintos huesos, de las siguientes agrupaciones señale la opción que no corresponde: a) b) c) d)
Cabeza: huesos parietales, huesos temporales, hueso occipital. Tórax: costillas, esternón, vertebras torácicas. Miembro inferior: fémur, radio, tibia, huesos del metatarso. Miembro superior: Humero, radio, cubito, huesos del metacarpo.
42. Las articulaciones se clasifican de acuerdo a su rango de movimiento en diartrosis (muy móviles) anfiartrosis (semimóviles) y sinartrosis (inmóviles). De los siguientes ejemplos de articulaciones elija una articulación de tipo diartrosis. a) Suturas craneales. b) Articulación diente-alveolo dentario. c) Articulación coxofemoral. Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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d) Articulación entre discos intervertebrales. 43. Completa el enunciado: Los organismos _________ elaboran moléculas orgánicas para sí mismos, utilizando sustancias ________en presencia de __________. a) b) c) d)
Fotosintéticos–inorgánicas–luz solar Heterótrofos–orgánicas–energía activa Foto receptores–inorgánicas–energía de enlace Descomponedores–orgánicas–radiación solar
44. El escrito “El origen de las especies por medio de selección natural” fue escrita por: a) b) c) d)
Louis Pasteur August Weismann Charles Darwin Ninguna de las anteriores
45. El bosque tropical del Pacifico constituye un ecosistema complejo; posee un clima tropical húmedo, con temperaturas superiores a los 25°C. Hacia el norte, entre Ecuador y Colombia, tiene constantes precipitaciones desde diciembre a marzo con hasta 10 mm de lluvia al año. Desde abril a septiembre, es una época relativamente seca, con neblina o elbaceo interpropitario. Estos factores corresponden a: a) b) c) d)
Biocenosis Biotopo Biotipo Biotropismo
46. ¿Qué ocurre con las moléculas de un líquido cuando disminuye la temperatura? a) b) c) d)
Permanecen muy distantes y se reducen. Se alejan unas de otras y se desordenan. Se deslizan unas sobre otras y se separan Permanecen muy juntas y se ordenan
47. Ordene los niveles de organización ecológica de acuerdo con su complejidad de la más baja a la más alta. 1. 2. 3. a) b) c) d)
Individuo Célula Molécula 2,3,1,4,5,6,7,8 3,2,4,1,5,6,7,8 3.2,1,5,6,4,8,7 3,2,1,4,6,5,8,7
4. Población 5. Ecosistema 6. Comunidad
7. Biosfera 8. Bioma
48. El sistema inmune de los vertebrados contiene células especializadas para reconocer la presencia de antígenos (cuerpos extraños) que logren entrar al organismo. Estas células inmunitarias, denominadas B o T, poseen una alta diversidad de proteínas en sus membranas que les permiten reconocer los antígenos. Cuando alguna de esta células reconoce un antígeno, esta célula experimenta un proceso denominado selección clona, es decir se divide por mitosis. En un experimento se inyecta a un ratón dos antígenos en momentos diferentes y se observa la respuesta inmune como se observa en la siguiente figura:
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a) El antígeno A es más peligroso para el organismo que el antígeno B y por eso genera una segunda respuesta más fuerte. b) Entre más tiempo ocurra desde la inyección del antígeno, mayor debería ser el número de clones de células inmunitarias producidas. c) El antígeno B no provocó la clonación de las células inmunitarias, como sí ocurrió con el antígeno A. d) La segunda respuesta del organismo al antígeno A es mayor por la persistencia en el tiempo de algunos clones de células inmunitarias anti A. 49. La importancia biológica de los fosfolípidos desde el punto de vista biológico, se debe a que: a) b) c) d)
Intervienen el proceso de fosforilación del ATP Transportan sustancias dentro del retículo endoplasmático Catalizan las reacciones del metabolismo de las grasas Constituyen la estructura de la membrana celular
50. Complete: Al proceso por el cual se forman miles de espermatozoides en los machos se conoce como …………………………. mientras que en las hembras el proceso de formación de un óvulo y tres cuerpos lúteos se conoce como ………………………………… En el macho este proceso se produce desde la niñez, mientras que en la hembra desde la pubertad. a) b) c) d)
Mitosis, meiosis Ovogénesis, espermatogénesis Espermatogénesis, ovogénesis Espermatozoide, óvulo
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HOJA DE RESPUESTAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
A C B C A C A A A B B B C D B C B D D A D A C A B
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
C C D D A B A B B B B A A C B C C A C B D D D D C
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ORIGEN DEL UNIVERSO VIDA Y ESPECIES ...................................................................................................................12 Teorías sobre el origen del universo ......................................................................................................................12 Composición del universo ..................................................................................................................................12 La teoría de la gran explosión (Big Bang) ...........................................................................................................13 Teoría del estado estacionario...........................................................................................................................13 Teoría del universo pulsante..............................................................................................................................13 Formación del planeta Tierra .............................................................................................................................15 Teorías del origen de la vida ..................................................................................................................................16 Concepto de Vida ...............................................................................................................................................16 Teoría creacionista .............................................................................................................................................16 Teoría de la panspermia ....................................................................................................................................16 Teoría abiogenista..............................................................................................................................................16 Teoría Biogenista ...............................................................................................................................................18 Darwinismo ........................................................................................................................................................19 Teoría fisicoquímica de Oparin-Haldane............................................................................................................19
Los organismos pre celulares..............................................................................................................20
La evolución de las especies ...................................................................................................................................20 Principios de la evolución ..................................................................................................................................21 Teorías evolutivas ..............................................................................................................................................21
Creacionismo o Fijismo .......................................................................................................................21
Cuvierismo o Renovación catastrófica................................................................................................21
Teoría de la evolución adaptativa.......................................................................................................21
La teoría de Darwin-Wallace ..............................................................................................................22
Síntesis evolutiva moderna.................................................................................................................23
Genética de la evolución ....................................................................................................................................24 Ley de Hardy-Weinberg .....................................................................................................................................25 Fuentes de variabilidad ......................................................................................................................................25
Mutación .............................................................................................................................................25
Recombinación y reproducción sexual ...............................................................................................25
Migración ............................................................................................................................................26
Deriva genética ...................................................................................................................................27
Tipos o patrones de evolución ...............................................................................................................................27 Patrón divergente ..............................................................................................................................................27 Patrón convergente ...........................................................................................................................................27 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
Definición de estilo: Título 5: Fuente: Cursiva, Justificado, Sangría: Primera línea: 1 cm, Espacio Antes: 0 pto
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Patrón paralelo ..................................................................................................................................................27 Especiación .............................................................................................................................................................28 Adaptación y micro evolución ...........................................................................................................................29 Especiación y macro evolución ..........................................................................................................................29 Barreras de aislamiento reproductivo ...............................................................................................................30 Precigóticas ........................................................................................................................................................30
Las tres especies de elefantes que existen actualmente ...................................................................30
Poscigóticas ........................................................................................................................................................30 Extinción .................................................................................................................................................................31 FUNDAMENTOS DE LA MATERIA ................................................................................................................................33 Concepto ................................................................................................................................................................33 Materia...............................................................................................................................................................33 Propiedades de la materia .....................................................................................................................................33 Propiedades extensivas .....................................................................................................................................33 Propiedades intensivas ......................................................................................................................................33 Propiedades físicas.............................................................................................................................................33 Propiedades químicas ........................................................................................................................................34 Energía....................................................................................................................................................................34 El átomo .................................................................................................................................................................34 Modelo atómico .....................................................................................................................................................35 Modelo atómico de Dalton 1808-1810 ..............................................................................................................35 El modelo atómico de Thomson (modelo pudin de pasas) ...............................................................................35 El modelo atómico de Rutherford .....................................................................................................................35 Modelo atómico de Bohr Según Plac y Einstein ................................................................................................36 Composición atómica .........................................................................................................................................36 Moléculas ...........................................................................................................................................................37 Clasificación de la materia .................................................................................................................................37 Teoría cinético molecular ..................................................................................................................................37 Teoría Cinético – corpuscular. ...........................................................................................................................37 Cambios de estado de la materia ...........................................................................................................................38 Estados de agregación de la materia .................................................................................................................38 Cambios de estado progresivos .........................................................................................................................39 Cambios de estado regresivos ...........................................................................................................................40 Cambios químicos ..............................................................................................................................................40 BASES BIOMOLECULARES DE LA VIDA ........................................................................................................................41 Bioelementos .........................................................................................................................................................41 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Propiedades fisicoquímicas de los elementos biogenésicos .............................................................................41 Bioelementos primarios .....................................................................................................................................41 Bioelementos secundarios .................................................................................................................................42 Oligoelementos ..................................................................................................................................................42 Moléculas orgánicas ...............................................................................................................................................43 Carbohidratos ....................................................................................................................................................43
Monosacáridos ...................................................................................................................................43
Disacáridos ..........................................................................................................................................44
Polisacáridos .......................................................................................................................................45
Lípidos ................................................................................................................................................................45
Grasas neutras o lípidos simples. .......................................................................................................46
Fosfolípidos o lípidos compuestos. .....................................................................................................47
Esteroides o lípidos derivados ............................................................................................................47
Proteínas ............................................................................................................................................................48
Clasificación de las proteínas ..............................................................................................................49
Las enzimas .........................................................................................................................................50
Ácidos nucleicos .................................................................................................................................................51 Moléculas transportadoras de energía (ATP) ....................................................................................................53 Moléculas inorgánicas ............................................................................................................................................53 El agua ................................................................................................................................................................53 Vitaminas ...........................................................................................................................................................54
Vitaminas hidrosolubles .....................................................................................................................54
Vitaminas liposolubles ........................................................................................................................55
Sales minerales ..................................................................................................................................................55 ORGANIZACIÓN Y FUNCIÓN CELULAR ........................................................................................................................56 La Teoría celular .....................................................................................................................................................56 Características básicas de las células .................................................................................................................56 Características estructurales ..............................................................................................................................56 Características funcionales ................................................................................................................................57 Célula eucariota y procariota .................................................................................................................................57 Célula animal y vegetal ......................................................................................................................................58 Organelos celulares............................................................................................................................................59
Núcleo .................................................................................................................................................60
Nucléolo ..............................................................................................................................................60
Membrana plasmática ........................................................................................................................61
Mitocondria ........................................................................................................................................61
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Ribosomas...........................................................................................................................................62
Retículo endoplasmático liso (REL) .....................................................................................................62
Retículo endoplasmático rugoso (RER) ...............................................................................................63
Peroxisomas ........................................................................................................................................63
Aparato de Golgi .................................................................................................................................63
Vacuolas ..............................................................................................................................................64
Lisosomas............................................................................................................................................64
Cloroplastos ........................................................................................................................................65
Citoesqueleto......................................................................................................................................65
Centriolo .............................................................................................................................................66
Pili, flagelo y cilio ................................................................................................................................66
Funciones celulares ................................................................................................................................................66 Homeostasis .......................................................................................................................................................66 Transporte a través de la membrana celular .....................................................................................................67
Transporte pasivo ...............................................................................................................................67
Transporte activo ................................................................................................................................68
Transporte transcelular ......................................................................................................................69
Nutrición celular ................................................................................................................................................70 División o reproducción celular .............................................................................................................................71 El Ciclo celular ....................................................................................................................................................71 Mitosis................................................................................................................................................................72 Meiosis ...............................................................................................................................................................73 REPRODUCCION Y HERENCIA .....................................................................................................................................76 Antecedentes históricos de la herencia .................................................................................................................76 Conceptos Clave en genética .................................................................................................................................76 Gen: ....................................................................................................................................................................76 Rasgo o carácter.................................................................................................................................................76 Genotipo ............................................................................................................................................................76 Homocigoto........................................................................................................................................................76 Heterocigoto ......................................................................................................................................................76 Fenotipo .............................................................................................................................................................76 Dominante .........................................................................................................................................................76 Recesivo. ............................................................................................................................................................76 Leyes de Mendel ....................................................................................................................................................77 Primera ley o “Ley de la uniformidad de los caracteres” ..................................................................................78 Segunda Ley o “Principio de la Segregación” ....................................................................................................79 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Tercera Ley o “Cruzamiento de 2 caracteres independientes” .........................................................................80 GAMETOGÉNESIS ...................................................................................................................................................81 GENÉTICA, MEDICINA Y SOCIEDAD ............................................................................................................................83 Ingeniería genética y biotecnología .......................................................................................................................83 Tecnología del ADN recombinante ....................................................................................................................83 La secuenciación del ADN ..................................................................................................................................83 Reacción en cadena de la Polimerasa (PCR) ......................................................................................................84 Terapia génica ....................................................................................................................................................84 Transgénesis.......................................................................................................................................................84
Animales transgénicos ........................................................................................................................85
Clonación ................................................................................................................................................................85 Clonación natural ...............................................................................................................................................86 Clonación reproductiva ......................................................................................................................................86 Clonación terapéutica ........................................................................................................................................86 Nanotecnología ......................................................................................................................................................86 Aplicaciones .......................................................................................................................................................86 ANATOMIA, HISTOLOGIA Y FISIOLOGIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS ........................................................................88 Tipos de tejidos basicos..........................................................................................................................................88 Tejido epitelial....................................................................................................................................................88 Tejido conectivo .................................................................................................................................................88 Tejido muscular..................................................................................................................................................89 Tejido nervioso...................................................................................................................................................90 Sistema Cardiovascular ..........................................................................................................................................90 Circulación mayor ..............................................................................................................................................93 Circulación menor ..............................................................................................................................................93 Ciclo cardíaco .....................................................................................................................................................94 Sistema cardionector .........................................................................................................................................95 Presión arterial sistémica ...................................................................................................................................96 Presión arterial pulmonar ..................................................................................................................................96 APARATO GENITOURINARIO ..................................................................................................................................97 Aparato genital masculino y femenino ..............................................................................................................97 APARATO URINARIO ...............................................................................................................................................97 Riñones ..............................................................................................................................................................97
Cálices Mayores, Menores y Pelvis Renal ...................................................................................................98
Uréteres .............................................................................................................................................................98 Vejiga .................................................................................................................................................................99 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Uretra .................................................................................................................................................................99 Filtración glomerular y formación de orina .....................................................................................................100 Aparato respiratorio .............................................................................................................................................100 Ventilación y respiración..................................................................................................................................100 Fosas nasales....................................................................................................................................................102 Faringe .............................................................................................................................................................103 Laringe..............................................................................................................................................................103 Traquea ............................................................................................................................................................104 Bronquios .........................................................................................................................................................104 Bronquilos ........................................................................................................................................................105 Aparato digestivo .................................................................................................................................................106 Generalidades ..................................................................................................................................................106 Boca..................................................................................................................................................................106 Faringe .............................................................................................................................................................107 Esófago .............................................................................................................................................................108 Estómago .........................................................................................................................................................108 Intestino Delgado .............................................................................................................................................109 Intestino Grueso ..............................................................................................................................................109
Glándulas Salivales............................................................................................................................110
Hígado ...............................................................................................................................................110
Páncreas............................................................................................................................................111
Aparato osteomuscular....................................................................................................................................111 Aparato tegumentario .....................................................................................................................................114 Aparato reproductor: masculino y femenino ..................................................................................................114 Sistema endócrino ................................................................................................................................................115 SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Y AUTONOMO .....................................................................................................116 Encéfalo............................................................................................................................................................116
Telencéfalo (cerebro)........................................................................................................................117
Comisuras interhemisfericas ............................................................................................................117
Romboencéfalo.................................................................................................................................117
Bulbo raquídeo .................................................................................................................................118
Protuberancia anular o puente de Varolio .......................................................................................118
Cerebelo............................................................................................................................................118
Medula espinal .................................................................................................................................118
Sistema nervioso autónomo ............................................................................................................................118 Meninges .........................................................................................................................................................119 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Duramadre ........................................................................................................................................120
Piamadre ...........................................................................................................................................120
Aracnoides ........................................................................................................................................120
Líquido cefalorraquídeo ...................................................................................................................................120 Irrigacion del encéfalo .....................................................................................................................................120 SISTEMA INMUNE Y HEMATOPOYÉTICO ..............................................................................................................121 Linajes celulares ...............................................................................................................................................121
Eritrocitos..........................................................................................................................................121
Leucocitos .........................................................................................................................................121
Granulocitos......................................................................................................................................121
Neutrófilos: ...........................................................................................................................................121
Eosinófilos: ............................................................................................................................................122
Basófilos: ...............................................................................................................................................122
Agranulocitos: ...................................................................................................................................122
Linfocitos:..............................................................................................................................................122
Monocitos: ............................................................................................................................................122
Plaquetas ..........................................................................................................................................122
Formación de las células sanguíneas ...............................................................................................................123 Sistema inmunológico ..........................................................................................................................................123
Sistema inmunitario innato ..............................................................................................................124
Sistema inmunitario adquirido .........................................................................................................124
Hipersensibilidad ..............................................................................................................................125
ORGANOS DE LOS SENTIDOS................................................................................................................................126 El sentido del olfato .........................................................................................................................................126 Sentido del tacto ..............................................................................................................................................126 SENTIDO DE LA VISION.....................................................................................................................................127
Constitución del globo ocular ...........................................................................................................127
Continente del globo ocular .............................................................................................................127
Contenido del globo ocular ..............................................................................................................................127 Aparato de la audición .....................................................................................................................................128
Oído interno......................................................................................................................................128
Oído medio .......................................................................................................................................128
Oido externo .....................................................................................................................................128
Sentido del gusto .............................................................................................................................................129 NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA ..................................................................................................................130 Niveles de organización ...................................................................................................................................130 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Reinos de la Biología ........................................................................................................................................131
Clasificación ......................................................................................................................................131
BIOLOGIA ANIMAL................................................................................................................................................132 Sistema circulatorio de los animales................................................................................................................132
Sistema circulatorio abierto..............................................................................................................132
Sistema circulatorio cerrado .............................................................................................................133
Sistemas Ambientales ..........................................................................................................................................133 Sistemas de sustentación de la vida en la tierra ..................................................................................................134 Atmósfera ........................................................................................................................................................135
Gases permanentes ..........................................................................................................................135
Gases variables .................................................................................................................................136
Hidrósfera ........................................................................................................................................................137 Ciclo del Agua...................................................................................................................................................137 Geósfera ...........................................................................................................................................................138 Biosfera ............................................................................................................................................................139 Crecimiento regulación y cambio poblacional .....................................................................................................139 Interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema ..................................................................................139
Asociaciones intraespecíficas ...........................................................................................................139
Asociaciones interespecíficas ...........................................................................................................140
Ecosistemas ..........................................................................................................................................................141 Tipos de Biomas ...............................................................................................................................................142 Factores bióticos ..............................................................................................................................................143 Flujo de energía ...............................................................................................................................................145
El Sol: fuente de energía para la vida ...............................................................................................145
Cuantificación de los flujos de energía .............................................................................................147
Flujo de energía en los ecosistemas .................................................................................................147
Ciclamiento de materia ....................................................................................................................................148
Ciclos biogeoquímicos ......................................................................................................................148
Recursos naturales ...............................................................................................................................................151 Cambio climático y el hombre ..............................................................................................................................153 Causas naturales ..............................................................................................................................................155
Las temperaturas: .............................................................................................................................155
Tectónica de placas:..........................................................................................................................155
Actividad volcánica: ..........................................................................................................................155
Causas artificiales .............................................................................................................................155
Riesgos ambientales y planes de contingencia en Ecuador .................................................................................156 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Plan de contingencia ante diferentes desastres naturales en el Ecuador .......................................................157 MATERIA Y ENERGIA .................................................................................................................................................159 Procesos metabólicos en los seres vivos ..............................................................................................................159 Respiración celular ...........................................................................................................................................159 Glicolisis ...........................................................................................................................................................160 Ciclo de Krebs ...................................................................................................................................................161 Cadena de transporte de electrones ...............................................................................................................162 Fotosíntesis ......................................................................................................................................................163
Fase luminosa o fotoquímica ............................................................................................................163
Fase oscura o sintética......................................................................................................................164
QUIMICA ...................................................................................................................................................................166
Número cuántico principal, n: ..........................................................................................................168
Número cuántico secundario, l:........................................................................................................169
Número cuántico magnético, m: ......................................................................................................170
Número cuántico del spin, s: ............................................................................................................170
DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA...........................................................................................................................171
Principio de exclusión de Pauli .........................................................................................................171
Población electrónica .......................................................................................................................171
Principio de desarrollo de la Energía: ...............................................................................................172
BLOQUES ..........................................................................................................................................................172 PROPIEDADES PERIÓDICAS ..................................................................................................................................173 Densidad ..........................................................................................................................................................173 Radio atómico ..................................................................................................................................................174 Radio iónico .....................................................................................................................................................174 Volumen atómico.............................................................................................................................................174 Energía o potencial de ionización ....................................................................................................................174 Electroafinidad o afinidad electrónica: ............................................................................................................174 Electronegatividad ...........................................................................................................................................174 Estados de oxidación ............................................................................................................................................175 NOMENCLATURA INORGÁNICA ...........................................................................................................................176
Nomenclatura común ...............................................................................................................................176
Nomenclatura sistemática ........................................................................................................................176
Nomenclatura Stock .................................................................................................................................176
Compuestos Binarios ............................................................................................................................................176 Hidruros o hidruros metalicos .........................................................................................................................177 Compuestos especiales ....................................................................................................................................177 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Hidruros no metálicos o ácidos hidrácidos ......................................................................................................178 Sales halogenas neutras (sales) .......................................................................................................................178 TIPO SAL (SALOIDE): .........................................................................................................................................179 Óxidos ..............................................................................................................................................................179
Básicos: .............................................................................................................................................179
Ácidos (anhídridos) ...........................................................................................................................180
Peróxidos .........................................................................................................................................................180 Óxidos salinos o mixtos:...................................................................................................................................181 COMPUESTOS TERNARIOS ...................................................................................................................................181 Hidróxidos ........................................................................................................................................................181 Oxácidos u oxoácidos: ......................................................................................................................................182 Oxácidos de metales: .......................................................................................................................................183 Oxosales u oxisales neutras: ............................................................................................................................183 Ecuaciones químicas.............................................................................................................................................184 Ley de conservación de la masa.......................................................................................................................184 Ley de proporciones definidas .........................................................................................................................185 Subíndices y coeficientes estequiométricos ....................................................................................................185 Balance de ecuaciones .........................................................................................................................................185 Método por Tanteo..........................................................................................................................................185 Método Algebraico ..........................................................................................................................................186 Método Redox (Óxido – Reducción) ................................................................................................................187 ESTEQUIOMETRÍA ................................................................................................................................................188 Masa atómica y Avogadro ...............................................................................................................................188 Calculo de la masa molecular ..........................................................................................................................189 Fórmulas químicas ...........................................................................................................................................189 Cálculos con ecuaciones ..................................................................................................................................191 Reactivo limitante y reactivo en exceso ..........................................................................................................191 Rendimiento de reacción .................................................................................................................................192 Enlaces químicos ..................................................................................................................................................193 Fuerzas de interacción molecular ....................................................................................................................195 UNIDADES DE CONCENTRACIÓN..........................................................................................................................195 UNIDADES FÍSICAS ................................................................................................................................................195 Porcentaje referido a la masa (%m/m) ............................................................................................................195 Porcentaje referido al volumen (%v/v) ............................................................................................................195 Porcentaje masa-volumen (%m/v) ..................................................................................................................195 UNIDADES QUÍMICAS ......................................................................................................................................196 Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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Molaridad (M) ..................................................................................................................................................196 Molalidad (m)...................................................................................................................................................196 Normalidad (N) ................................................................................................................................................196 PREGUNTAS DE REPASO ...........................................................................................................................................197 BIBLIOGRAFÍA: ..........................................................................................................................................................208
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ORIGEN DEL UNIVERSO VIDA Y ESPECIES Teorías sobre el origen del universo
(National Geographic, 2017). Origen del universo.
La astronomía es la parte de la ciencia que estudia todo lo que se encuentra más allá de la atmósfera de la Tierra. Se ocupa tanto de la naturaleza de los objetos que pueblan el espacio, los astros, procesos físicos y químicos que tienen lugar en ellos, así como de los movimientos y sus causas. La cosmología es la parte de la astronomía cuyo objeto de estudio es el universo en su totalidad. Se ocupa de proporcionarnos información sobre cómo es el Universo en la actualidad, cómo fue en el pasado, su origen y evolución y cuál será su futuro. El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse hacia el año 1700 con la propuesta de que la Vía Láctea es un sistema de estrellas. El universo contiene cientos de miles de millones de galaxias. Una de ellas es la nuestra, llamada Vía Láctea, contiene 300.000 millones de estrellas. Una de estas es el Sol. El Sol es una gigantesca bola de gas de la que provienen la luz y el calor necesarios para la vida. Es la estrella que se encuentra más cerca de nosotros. Además, la cosmología moderna propone que pueden existir otros sistemas similares al nuestro. El universo o cosmos es el conjunto de toda la materia y energía existente y el espacio en el que se encuentran. La parte que podemos observar o deducir de él se denomina universo observable. Se ha calculado que el universo tiene una antigüedad de 13 700 millones de años. Para medir sus dimensiones se utiliza una unidad denominada año luz, que corresponde al espacio recorrido por la luz en un año. La velocidad de la luz es 300 000 km/s. Para ir desde la Tierra al extremo del universo observable se deberían recorrer 46 500 millones de años luz. Dicho de otro modo, a la velocidad de la luz se tardaría 46 500 millones de años en llegar.
Composición del universo Se considera que el universo está constituido por un 74 % de energía oscura, un 22 % de materia oscura y un 4% de átomos que componen la materia observable. La energía oscura es similar a la energía gravitatoria, pero de sentido contrario, ya que provoca la repulsión entre partículas. La existencia de la energía oscura se dedujo en 1998 al descubrirse que el universo se encontraba en expansión, en lugar de frenarse por acción de la gravedad.
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La materia oscura no puede observarse debido a que no emite ni refleja suficiente radiación electromagnética y su composición se desconoce. Su existencia se ha deducido a saber que la masa de las galaxias era mucho mayor que la suma de la masa de todas sus estrellas. Los átomos que constituyen la materia observable son, básicamente, los átomos de hidrógeno (75 %) y los átomos de helio (25 %). El resto de los átomos (hierro, carbono, nitrógeno, cobre, oxígeno, etc.) se encuentran en un porcentaje mínimo. Estos últimos se originan en pequeñas cantidades al explotar las estrellas de gran masa y se esparcen por el espacio.
La teoría de la gran explosión (Big Bang) Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía y la materia existentes. La elaboración de esta teoría la inició Einstein, en 1917. Se partió de la hipótesis de que, en el universo, la distribución de la materia era uniforme y que no cambiaba de forma con el tiempo (universo en equilibrio). Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica. Según Gamow, el huevo cósmico (producto de la gran explosión) estaba constituido por neutrones que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir de los cuales se crearon los demás elementos.
Teoría del estado estacionario Esta teoría fue presentada entre 1948 y 1950 por los astrónomos H. Bondi, T. Gold y F. Hoyle. Según esta hipótesis, el universo es uniforme en todo el espacio y no varía en el tiempo. Aunque el universo se expande, su densidad se mantiene constante gracias a que continuamente se crea nueva materia. El debate entre los seguidores de la teoría del Big Bang y los seguidores de la teoría del estado estacionario se decantó hacia los primeros a partir de los siguientes descubrimientos: la distribución de las radiofuentes celestes, los cuásares, la radiación de fondo y la proporción de átomos de hidrógeno y helio.
Teoría del universo pulsante ¿Continuará expandiéndose el universo en el futuro o llegará un momento en el que se contraerá? Para responder a esta cuestión se han propuesto dos posibles modelos: Universo abierto: a partir de la gran explosión, el universo continuaría expandiéndose indefinidamente. Universo cerrado: la fuerza de la gravedad frenaría la actual expansión del universo y provocará su contracción hasta llegar a formar un nuevo huevo cósmico que, de nuevo, volvería a estallar y daría lugar a un nuevo universo expansivo. Las sucesivas explosiones (Big Bang) y contracciones (Big Crunch), llamadas pulsaciones, se repetirían eternamente.
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Resumen de los momentos más importantes en la historia del Universo. Datos en el tiempo: Cero (o casi)
•El Universo se inicia y da origen al espacio, tiempo, radiación y materia. No sabemos que ocurría antes e inclusive si tiene sentido plantearse la pregunta. La etapa inflacionaria separa las cosas de manera violenta. Tres minutos
•Los procesos entre los núcleos de materia (la nucleosíntesis) terminan, quedando el universo formado mayormente de hidrógeno y helio. Trescientos mil años
•El universo se ha enfriado lo suficiente para que los electrones libres se junten con los núcleos, en la llamada Era de la Recombinación. La materia y la radiación se desacoplan y cada una evoluciona por su lado, si bien comparten el mismo espacio. La radiación cósmica de fondo que observamos hoy se produce en esta época. Mil millones de años
•Las pequeñas inhomogenidades del universo joven se han amplificado lo suficiente por la atracción gravitacional como para que se formen las primeras estrellas y galaxias. La radiación de estas estrellas vuelve a separar a los electrones de sus núcleos (la llamada era de la reionización). Al morir, estas estrellas explotan como supernovas y enriquecen el espacio con elementos como el carbón y el oxígeno, indispensables para la vida. Las siguientes generaciones de estrellas se formaron de un material distinto al material del cual se formaron las primeras estrellas. Nueve mil millones de años
•Se forma el Sol y a su alrededor los planetas, entre ellos la Tierra. Catorce mil millones de años •El presente, los seres humanos solo tenemos alrededor de dos millones de años de estar presentes en el universo, una parte pequeñísima en la vida de este.
Formación del planeta Tierra La Tierra estaba inicialmente muy caliente y sin atmósfera. Con el transcurso del tiempo se enfrió y adquirió una atmósfera mediante la emisión de gases de las rocas. En esa atmósfera primitiva no habríamos podido sobrevivir. No contenía nada de oxígeno, sino una serie de otros gases que son venenosos para nosotros, como el sulfuro de hidrógeno (el gas que da a los huevos podridos su olor característico). Hay, no obstante, otras formas de vida primitivas que sí podrían prosperar en tales condiciones. Se piensa que estas se desarrollaron en los océanos, posiblemente como resultado de combinaciones al azar de átomos en grandes estructuras, llamadas macromoléculas, las cuales eran capaces de reunir otros átomos del océano para formar estructuras similares. Entonces, estas se habrían reproducido y multiplicado. En algunos casos habría errores en la reproducción. La mayoría de esos errores habría sido tal que la nueva macromolécula no podría reproducirse a sí misma y con el tiempo habría sido destruida. Sin embargo, unos pocos de esos errores habrían producido nuevas macromoléculas que serían incluso mejores para reproducirse a sí mismas. Estas habrían tenido, por tanto, ventaja y habrían tendido a reemplazar a las macromoléculas originales. De este modo, se inició Jorge
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un proceso de evolución que conduciría al desarrollo de organismos auto reproductores cada vez más complicados. Las primeras formas primitivas de vida consumirían diversos materiales, incluyendo sulfuro de hidrógeno y desprenderían oxígeno. Esto cambió gradualmente la atmósfera hasta llegar a la composición que tiene hoy día y permitió el desarrollo de formas de vida superiores, como los peces, reptiles, mamíferos y, por último, el humano.
(Scijinks, 2017). Evolución atmosférica.
Teorías del origen de la vida Concepto de Vida Resulta complejo definir el concepto de vida, existen varios de tipo fisiológico, filosófico y religioso que podrían corresponder a su definición. Se puede afirmar de una manera general que la vida es el estado de actividad de un organismo que permite su crecimiento, irritabilidad, metabolismo, reproducción y su interrelación con el medio. Dado que pueden encontrarse aspectos similares entre seres vivos e inertes, especialmente en su composición química, es necesario analizar la organización peculiar de la materia en los seres vivos.
Teoría creacionista Abarca el relato de la creación, el cual puede variar de acuerdo a los aspectos culturales del grupo humano. El principio general es que un ser supremo o “poder sobrenatural” ha creado todo lo que existe.
Teoría de la panspermia Planteada por Svante Arrhenius en 1908, explica que la vida se originó en la tierra proveniente del espacio por un cuerpo celeste, meteorito que actuaría como “espora de vida”. El debate sobre su factibilidad se basa en que no explica el origen de la vida como tal, sino solo la llegada de esta a nuestro planeta.
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Teoría abiogenista
(Scijinks, 2017). Van Helmont proponía la creación de ratones a partir de materia inerte.
También llamada generación espontánea, sostiene que los seres vivos se forman a partir de la materia inerte. El primero en tratarla fue Aristóteles (384-322 a. C.) quien sostenía que del barro se generaban las anguilas de las ranas, de la carne en putrefacción, los gusanos y las moscas, etcétera. Según Aristóteles, el cambio de la materia inerte a materia viva sucedía por acción de la entelequia (pre concepto del alma). Bajo esta premisa se originaría la corriente del vitalismo. El vitalismo promulgaba la creación a partir del soplo divino o aliento de vida. Incluso se llegaron a proponer fórmulas para obtener seres vivos. Así, Johann Van Helmont (1577- 1644), médico holandés, afirmó en 1667 que para conseguir ratones bastaba con envolver granos de trigo en una camisa sucia y sudada y esperar unos 21 días. Para comprobar sus ideas, los naturalistas experimentaban a través de la observación. Francesco Redi (1626-1697) sometió a experimentación la abiogénesis. Para la época, el pensamiento general era que los gusanos se originaban a partir de la materia en descomposición. Redi colocó en el interior de dos frascos materia orgánica en descomposición, uno lo tapo con tela fina y al otro lo dejó a la intemperie. Después de varios días, el frasco descubierto tenía varios gusanos dentro, mientras que el frasco tapado no. Este experimento concluyó que «los gusanos de la carne no se originan espontáneamente de la materia muerta, sino que se forman a partir de moscas que ponen sus huevos en la carne» (Redi, 1684).
(Scijinks, 2017). Experimento de Redi, frasco descubierto a la derecha, frasco cubierto a la izquierda. Solo el frasco a la intemperie se llenó de gusanos.
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Posteriormente, Anthony Van Leeuwenhoek (1632-1723), inventor del microscopio, comunicó que había observado organismos microscópicos vivos en el agua de lluvia que había recogido en su tejado. Esto llevó a que algunos científicos admitieran la posibilidad de que los microorganismos se originasen por generación espontánea. En 1745, J. T. Needham (1713-1781) realizó varios experimentos con botellas, en ellas introdujo tejidos vegetales y animales y los calentó. Varios días después observó la aparición de microorganismos, lo que le llevó a defender la hipótesis de la generación espontánea de los microbios.
Teoría Biogenista
(Scijinks, 2017). Experimento de Pasteur, el matraz contenía un caldo estéril; por el cuello curvo circula el aire, pero los microorganismos quedan atrapados. El matraz con el cuello roto o inclinado permite el contacto con los microorganismos.
Años después, en 1769, Lazzaro Spallanzani (1729-1799) criticó el experimento de Needham aduciendo que los caldos de cultivo no habían hervido lo suficiente, repitió el experimento y demostró que, si se impedía la entrada de aire en los frascos calentados, no aparecían microbios. Los vitalistas de la época argumentaron que, debido a la falta de aire, no aparecían los microbios. Por tanto, la controversia entre defensores y detractores de la generación espontánea seguía abierta. En 1862, el francés Louis Pasteur (1822-1895) realizó un experimento similar al que efectuó Redi doscientos años antes, demostró que la teoría de la generación espontánea de la vida era falsa. Pasteur explicó que los microorganismos y las esporas de hongos que contenía el aire se depositaban continuamente sobre los objetos y estos serían los causantes de la descomposición de cadáveres o materia orgánica expuesta. En conclusión, la teoría Biogenista postula que “todo ser vivo procede de otro preexistente”.
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Darwinismo Charles Darwin, naturalista inglés, dedicó su trabajo al estudio de la evolución, aunque no abordó directamente el tema del origen de la vida, de manera implícita se refiere a este con el siguiente argumento: “Con frecuencia se dice que las condiciones necesarias para la aparición de los primeros organismos vivos se cumplen en el presente y siempre se han cumplido. Pero si (¡y que gran sí!), se puede imaginar que, en algún mar caliente dotado de todo tipo de sales amoniacales y fosfóricas, en presencia de calor, luz y electricidad, etcétera, haya podido formarse químicamente un compuesto proteico capaz de soportar modificaciones complejas, tal compuesto sería en nuestros días, de inmediato devorado o absorbido, lo que no ha podido ser el caso antes de la formación de los seres vivos” (Darwin, 1921)
Teoría fisicoquímica de Oparin-Haldane En 1924, el bioquímico ruso Alexander Oparin publicó el libro titulado El Origen de la vida, dando una teoría detallada según la cual los compuestos orgánicos necesarios para la vida se habrían originado de materia inorgánica de forma abiótica. De acuerdo con Oparin, para que la vida se origine fueron determinantes las condiciones atmosféricas primitivas: cuando la Tierra se formó, esta atmósfera carecía de oxígeno (O2) y era abundante en compuestos como el metano (CH4) y el amoniaco (NH3). También apuntó que las condiciones físicas del ambiente (altas temperaturas por la actividad volcánica, la intensa radiación solar y la actividad eléctrica habrían facilitado las reacciones químicas que produjeron las primeras reacciones. En 1929, el inglés John. B. S. Haldane llegó a unas conclusiones similares a las de Oparin, por lo que se suele hablar de la teoría de Oparin-Haldane. Oparin, además, propuso que producto de estas reacciones se habrían formado estructuras llamadas coacervados, los cuales dieron origen a las formas precelulares que más tarde formarían a los organismos celulares. En 1953, los norteamericanos Stanley L. Miller y Harold C. Urey realizaron una serie de experimentos donde simularon las características de la Tierra primitiva. Emplearon un sistema de vidrio esterilizado dentro del cual colocaron compuestos básicos como agua, metano, hidrógeno y amoniaco. El aparato estaba sellado de forma hermética y como fuente de electricidad contaba con electrodos que emitían descargas. Después de una semana, obtuvieron compuestos complejos como aminoácidos, urea, ácidos grasos y ácido acético.
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(Scijinks, 2017). Experimento de Miller y Urey. Aparato en que se simularon las condiciones de la Tierra primitiva.
Los organismos pre celulares Oparin propuso que en la Tierra primitiva se fueron produciendo moléculas complejas y, al mismo tiempo, estructuras que contenían a estas moléculas. Las que se mencionan son las precélulas o protobiontes. Estas comprenden: Coacervados: son sistemas pre celulares experimentales (obtenidos en laboratorio) que se originan a partir de la mezcla de sustancias básicas como hidratos de carbono, proteínas y ácidos nucleicos. Se encuentran como gotas suspendidas en medio líquido, por diferencia de cargas atraen macromoléculas presentes en el medio. Tienen capacidad de crecer (aumentar su tamaño) y cuando alcanzan cierta dimensión, se auto fragmentan en estructuras hijas.
(Scijinks, 2017). Estructura del coacervado según Oparin.
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Microesférulas de Fox: Sidney Fox, en 1964, propuso un modelo de sistemas precelulares a las que llamó microesférulas proteicas. Fox obtuvo estas estructuras al calentar aminoácidos en seco para formar proteínas, después las hidrató y mezcló para formar una solución de proteinoides. Al igual que los coacervados, estas pueden Washington
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aumentar su tamaño, son capaces de absorber sustancias y pueden formar yemas parecidas a las levaduras.
La evolución de las especies Principios de la evolución La evolución biológica es un proceso de cambio en el genoma de las poblaciones a través del tiempo. Este cambio es heredable de generación en generación y se da en respuesta a los cambios en el ambiente y la necesidad de las entidades biológicas de adaptarse para perpetuarse.
Teorías evolutivas Creacionismo o Fijismo Basada exclusivamente en los datos expuestos por las traducciones bíblicas, interpretadas en el sentido de la creación como obra de un ser supremo durante siete días, de manera que todo ocupa un lugar predeterminado en la naturaleza. No es propiamente una explicación al proceso evolutivo sino al origen de la vida como tal. Cuvierismo o Renovación catastrófica Surge en el siglo XIX por obra del francés George Cuvier tras el estudio de estratos geológicos y fósiles de la región de París-France. Cuvier propuso que eventos catastróficos naturales ocurrían periódicamente. De esta forma, extinguían las formas vivientes y estas se veían sustituidas por una nueva creación, la cual era formada por organismos más evolucionados. Propone la idea de la extinción. Teoría de la evolución adaptativa En 1809, Jean Baptiste Lamarck, naturalista francés, postuló su teoría para explicar los cambios evolutivos, basándose en tres postulados: -
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Automejoramiento de las especies: el deseo individual de cada ser vivo hace que este cambie por deseo o voluntad propia, a fin de adaptarse al entorno cambiante. Uso y desuso de órganos: Las estructuras que el organismo no necesita tienden a atrofiarse (reducirse), mientras que aquellas que son utilizadas tienden a desarrollarse. Herencia de los caracteres adquiridos:
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(Griffiths, Miller, Suzuki, Lewontin, & Gelbart, 1995). Evolución de la jirafa según Lamarck.
Según Lamarck, la adaptación de un carácter podía ser adquirido por un individuo como respuesta al ambiente, esta adaptación en el individuo adulto podría ser heredada a sus descendientes. La teoría de Darwin-Wallace Charles Darwin, naturalista inglé,s considerado como uno de los revolucionarios en el pensamiento biológico, promulgó su teoría evolutiva basada en observaciones realizadas en el ámbito naturalista. Para 1831, a los 22 años, realizó un viaje alrededor del mundo durante 5 años en el buque Beagle. De varios lugares que recorrió la expedición, Darwin observó que en la región de las islas Galápagos (frente a la costa del Ecuador) existía un grupo de aves pequeñas denominadas pinzones (ver imagen: Los pinzones de Galápagos) que mostraban morfologías variadas de acuerdo al tipo de alimentación del entorno que poblaban. Dichas especies observadas no habían sido documentadas en ningún otro lugar del mundo en hallazgos anteriores. La explicación que Darwin planteó fue que estas aves volaron desde el continente hacia las islas y dado que su longitud de vuelo es corta, radicaron allí. Al cabo de cierto tiempo, en generaciones posteriores, surgieron modificaciones al azar en cada población de pinzones y cada una se constituyó en una especie diferente con adaptaciones específicas a su hábitat.
(Pearson Education). Los pinzones de Galápagos.
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Las adaptaciones microevolutivas en las poblaciones de pinzones que se adaptaban a nichos distintos eventualmente divergieron suficiente hasta el punto de la especiación y el cambio macroevolutivo. En 1836, Darwin revisó un artículo del economista Thomas Maltus, quien afirmaba que la población humana crecía en progresión geométrica mientras que las fuentes de alimento en el planeta lo hacían en progresión aritmética; es decir, la población crece a un paso más acelerado que los recursos alimentarios del entorno. De esta forma, Maltus postula que, en cierto punto, el crecimiento poblacional se tornaría estático y podría suponer una lucha por la supervivencia. Basándose en esta premisa, Darwin supuso que esta teoría no solo sería aplicable a la especie humana, sino también a grupos específicos de organismos que conviven en un ambiente común y serían los factores ambientales como la falta de alimentos los que controlen su desarrollo y, por ende, su permanencia en el entorno. En 1844, Darwin escribió un ensayo donde formuló su hipótesis sobre la evolución, aunque no lo publicó. En 1858, recibió una carta del naturalista Alfred Wallace quien realizó estudios observacionales en el archipiélago de Malasia. Wallace formuló su teoría basado en que las especies evolucionaban por selección natural. En 1859, Charles Darwin publicó su libro Acerca del origen de las especies por medio de la selección natural. En 1871, publicaría La descendencia del hombre, en este hablaría sobre la evolución del ser humano, criticando al creacionismo, al sostener que la especie humana había evolucionado de primates homínidos. Podemos afirmar, entonces, que la teoría de la selección natural de Darwin se basa en los siguientes postulados: Variación: los organismos varían su estructura al azar. Sobreproducción: al reproducirse, un organismo puede generar más descendencia de la que puede ser viable, es decir, las crías no suelen llegar a la madurez. Lucha por la existencia o principio de supervivencia: en un hábitat compartido, al existir varios individuos y un número escaso de recursos, se establece entre ellos una lucha por la supervivencia. Supervivencia del más apto: el medio ambiente selecciona a los individuos mejor adaptados para sobrevivir, es decir, aquellos con las mejores cualidades llegarán a la madurez, se reproducirán y heredarán sus genes; en cambio, aquellos que no las presenten serán eliminados. Herencia de las variaciones favorables: solo los organismos adaptados pueden reproducirse y transmitir estos rasgos a su progenie. Especiación: en varias generaciones, algunos rasgos tienden a heredarse y otros no, de esta forma, se originan nuevas especies que son distintas a las originales. Síntesis evolutiva moderna Ernst Mayr, Julian Huxley, George Simpson y Theodosius Dobzhansky, reformularon de forma independiente la teoría evolutiva de Darwin entre 1920 y 1930, a esta nueva propuesta se la denominó síntesis moderna o Teoría sintética de la evolución. Se basa en la conexión entre la selección natural, la teoría de la mutación y la herencia mendeliana en una teoría unificada que se aplicaba generalmente a cualquier rama de la biología. Los postulados que la definen son:
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Los cambios evolutivos se explican por la acción de la selección natural y de la variación genética. La especiación está basada en procesos genéticos.
La síntesis moderna explicó los patrones observados a través de las especies en las poblaciones, a través de transiciones fósiles en la paleontología y los mecanismos celulares en la biología del desarrollo. La publicación de la estructura del ADN por James Watson y Francis Crick, en 1953, demostró un mecanismo físico para la herencia que avalaba los postulados de Darwin.
Genética de la evolución El proceso evolutivo depende de la existencia previa de diversidad, que pueda ser heredada y que pueda dar más variedad y que, a su vez, sea útil como ventaja de adaptación en situaciones ambientales favorables o adversas. La unidad básica sobre la que actúa la evolución es la población. La población se define como un conjunto de individuos de una misma especie, que viven en un área determinada, están sometidos a las mismas condiciones ambientales, comparten ancestros en común y que generan progenie entre ellos (intercambio de genes). Esta población se mantiene constante en número de individuos a través del tiempo y posee un acervo o fondo de genes que la caracteriza, a este último se lo conoce como reserva genética. Este fondo puede ser modificado, es decir, pueden introducirse nuevas versiones de los genes por mutaciones de los genes preexistentes, los genes se distribuyen durante la recombinación meiótica (durante el apareamiento de los pares cromosómicos homólogos) misma que se aplica durante la reproducción sexual al existir conjugación de gametos masculinos y femeninos. Se eliminan o mantienen versiones existentes por mecanismos como la selección natural que se encarga de eliminar las más perjudiciales y conservar las más favorables o en el caso de poblaciones menores, el proceso puede ser aleatorio, algo que se conoce como flujo genético.
(Purves, Sadava, & Heller, 2004).Ley de Hardy-Weinberg, el gen p y el gen q codifican cada uno un alelo diferente.
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Ley de Hardy-Weinberg También llamada Ley de distribución de frecuencias genotípicas, explica el comportamiento de los cambios genéticos en una población. La ley sostiene que las frecuencias genéticas de una población permanecerían constantes a través de generaciones sucesivas, siempre y cuando se cumplan cuatro condiciones: a) b) c) d)
La población debe ser muy grande. No debe haber mutaciones. No debe haber migraciones. La reproducción es aleatoria.
Esta ley solo se aplica en condiciones ideales, el cumplir los cuatro postulados implicaría que no existe flujo genético, por lo tanto, esta población no evoluciona.
Fuentes de variabilidad La materia prima de la evolución son las variaciones heredables por reproducción sexual y estas se originan por dos procesos: mutación y recombinación genética. Cuando una población cumple con la Ley de Hardy-Weinberg se mantiene en equilibrio, de esta forma, su fondo o reserva genética se ve inalterado. Cuando una o varias condiciones se alteran, la evolución es viable. Estos cambios son el resultado de cuatro factores: mutación, recombinación genética, migración, selección natural y deriva genética. Mutación Se define como cualquier cambio al azar que ocurre en el genoma (material genético) de un organismo. Los principales tipos son las mutaciones puntuales (en un gen específico) y las cromosómicas (ausencia, aumento, translocación, inserción, dilección). La mutación aleatoria de las bases nucleotídicas de los genes o de grandes partes del genoma es el origen primordial de la variación genética. La mayoría de las mutaciones son neutras, es decir, no significan una ventaja o una desventaja evolutiva. Las mutaciones cromosómicas en la mayoría de casos son perjudiciales, ya sea que disminuyen la capacidad del organismo de sobrevivir en el medio o lo incapacitan totalmente impidiendo su reproducción y asegurando la calidad del material genético heredado. Por otro lado, un pequeño porcentaje de las mutaciones resulta en una ventaja evolutiva real que hace que el individuo mejore sus posibilidades de sobrevivir, reproducirse y así heredar sus genes a la siguiente generación. Recombinación y reproducción sexual Es la combinación nueva de genes en la descendencia de individuos a través de la reproducción sexual. Por este proceso se crean nuevas versiones de los genes (alelos) en los individuos, tomando en cuenta que el número de alelos existentes en una especie es enorme, la reproducción sexual generará combinaciones únicas, haciendo imposible que exista otro individuo con un genoma similar al de otro. La reproducción sexual favorece la recombinación durante la meiosis, en este proceso los cromosomas homólogos heredados de los progenitores se entrecruzan y transponen secciones de ADN entre ellos, produciendo varias combinaciones de genes; de esta forma, las especies
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cuya reproducción es sexual o dioica, heredan cromosomas con diferentes configuraciones a cada uno de sus hijos, incrementando la variabilidad entre especies.
(Purves, Sadava, Orians, & Heller, 2004) Esquema del entrecruzamiento entre 2 cromosomas homólogos, se puede apreciar que la recombinación produce en los cromosomas resultantes formas únicas.
Migración Se la define como el “movimiento de individuos dentro o hacia fuera de la población”. Los procesos migratorios pueden introducir nuevos genes en las poblaciones cambiando el fondo genético y proporcionando nuevo material para el proceso evolutivo. Generalmente este proceso favorece la adaptación de los individuos y su prevalencia a través del tiempo, dado que asegura el incremento de la diversidad genética, aunque genes nocivos también pueden ser traídos por procesos migratorios. Este movimiento e intercambio de genes entre grupos se conoce como flujo genético. Lo más común es el flujo genético entre individuos de la misma especie. Sin embargo, en algunos casos, la introducción de nuevos genes puede ocurrir entre diferentes especies emparentadas creando híbridos que pueden resultar o no beneficiados evolutivamente. La migración de individuos de la población A promueve una variación en el fondo genético de la población B.
(University of California Museum of Paleontology Berkeley, 2017). La migración:
La selección natural es un medio de selección o filtro natural puesto frente a la diversidad genética y fenotípica de la población. Se basa en que “solo los individuos con las características más adecuadas pueden sobrevivir”, es decir, aquellos que pueden adaptarse, prevalecen. Este
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proceso tiende a eliminar a los individuos que no se adapten o signifiquen una desventaja para la especie. La selección natural actúa sobre los individuos y sobre las poblaciones, estas poblaciones suelen mantener un tamaño que el hábitat permite de acuerdo a la cantidad de recursos, normalmente con un número fijo. Sin embargo, la descendencia suele ser mayor que este número, maximizando la diversidad sobre la cual la selección actúa. La selección es efectiva antes que el individuo llegue a edad reproductiva, puesto que, si alguna característica negativa heredable se expresa después de que el individuo genere descendencia, esta portará el defecto, como es el caso de las malformaciones cardíacas en humanos en individuos con síndrome de Down. Deriva genética En la selección natural, la frecuencia de un carácter provechoso y, por tanto, de su gen o alelo correspondiente, tenderá a incrementarse o mantenerse. En cambio, la frecuencia de un carácter desfavorable y su gen o alelo tenderán a disminuir. Esto es claramente observable en poblaciones de gran tamaño donde la selección tiene muchos individuos donde actuar, sin embargo, existe una tendencia observada que consiste en eliminar o conservar caracteres de forma aleatoria, mientras menor sea el tamaño de la población más tiende a la aleatoriedad y menos a la fuerza selectiva. Este fenómeno es conocido como deriva genética. El modo aleatorio modificador de la deriva genética es más claramente observable en características o genes evolutivamente neutros que no sufren los efectos de la selección natural, donde también se ve el mismo patrón: mientras menor es la población, más fuerte la deriva genética. Por acción de mutaciones y recombinaciones, se origina variabilidad en una población sobre la cual actúa la selección natural, provocando que la especie evolucione. MUTACION
SELECCIÓN NATURAL VARIABILIDAD
EVOLUCIÓN
RECOMBINACIÓN Diagrama de la evolución
Tipos o patrones de evolución Patrón divergente A partir de una especie ancestral se origina una variedad de especies diferentes, cada una de ellas está adaptada y especializada para sobrevivir a un hábitat particular.
Patrón convergente Ocurre cuando dos o más grupos de organismos con poca relación evolutiva entre sí comparten características morfológicas y fisiológicas, a fin de adaptarse a un medio ambiente.
Patrón paralelo En la evolución convergente, uno o más caracteres parten de formas ancestrales diferentes y siguen una evolución igual a lo largo de linajes separados para finalmente converger en una Jorge
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misma forma, sin embargo, en la evolución paralela, aunque los caracteres pueden converger, en realidad parten de una misma forma ancestral, un ejemplo es el oso marsupial y el oso hormiguero que evolucionaron paralelamente desde la misma forma marsupial ancestral.
Especiación La especie constituye la unidad de clasificación taxonómica de los organismos. Ernst Mayr, en 1942, definió a la especie como “el grupo de poblaciones naturales que real o potencialmente son capaces de cruzarse entre sí con posibilidad de descendencia fértil”. Un ejemplo claro es el caso del elefante. Existen tres especies de elefantes, tan solo en el continente africano, podemos encontrar al elefante africano de sabana (Loxodonta africana) y elefante africano del Bosque (Loxodonta cyclotis). Geográficamente se encontrarían separados, sin embargo, pueden reproducirse en el caso de que se encontrasen, ya sea en cautiverio o medios artificiales. Existen discrepancias sobre la fertilidad de los híbridos. Existen varios ejemplos de animales de distintas especies que generan híbridos fértiles no solo en cautiverio sino en libertad también (osos polares y grizzlis, lobos y coyotes, delfines y orcas). A pesar de esto, es claro que tales especies ocupan papeles diferentes en la naturaleza e inclusive habitan en distintos lugares, pues los cruces solo se dan donde sus hábitats se sobreponen. Este hecho introduce la importancia del nicho ecológico para la definición de especie. Después del surgimiento de la teoría evolutiva y de la biología molecular, el concepto de especie fue enriquecido y ampliado, mas nunca tomado como una definición inmutable y absoluta. Actualmente, se puede decir que una especie es un “conjunto de individuos morfológicamente semejantes, que ocupan un mismo nicho ecológico, cuyas poblaciones se reproducen entre sí (flujo genético) y que comparten un alto nivel de similitud genética entre ellos”. Esta definición, aunque altamente aceptada tiene sus obvias excepciones como grupos de especies en anillo (Tortugas gigantes de Galápagos) o especies que alternan reproducción asexual y sexual o especies partenogénicas (Hembras que tienen crías sin necesidad de macho).
(Hartl & Clark, 1997). Ejemplos de hibridación
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Adaptación y micro evolución La población es la unidad sobre la que la evolución trabaja, esta se ve afectada por fuerzas modeladoras que actúan sobre ella, dependiendo de los requerimientos del ambiente. Si este cambia, las poblaciones cambian para adaptarse o desaparecer. Sin embargo, si el ambiente se mantiene, la selección tiende a mantener la población prácticamente igual, esto es conocido como adaptación o proceso de acondicionamiento de las especies a las características de su hábitat. Las adaptaciones pueden ser en distintos grados: anatómicas, funcionales, fisiológicas, bioquímicas y hasta conductuales. Todo proceso adaptativo a nivel de individuo y población es lento y no suele ser evidente hasta varias generaciones después. Este cambio lento y medible se suele conocer como microevolución, puesto que no implica la diferenciación de especies, a pesar de que ocurre en varias generaciones en tiempo geológico, es un periodo relativamente corto.
Especiación y macro evolución La especiación es la acumulación de adaptaciones de varios grupos con un origen ancestral en común y que lleva a divergencias fenotípicas o genotípicas acentuadas, es decir, el proceso por el cual se forman nuevas especies. La especiación implica la formación de nuevas ramas en el árbol evolutivo, no solo de especies sino también de clados (géneros, familias, órdenes, etcétera). La diferenciación entre especies depende del aislamiento reproductivo que produce diferenciación de linajes. Especiación alopátrica
Especiación peripátrica
Especiación parapátrica
Especiación simpátrica
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Aislamiento mediado por la distancia o por barreras geográficas, es una causa externa. No hay diferenciación genética. Puede darse por migraciones o fragmentación del hábitat. Los grupos que divergen son de tamaños similares. Es el tipo de especiación más común. Depende del aislamiento por causas externas como la alopatría. La población es radicalmente menor en tamaño comparada con el grupo original. Puede ser consecuencia de migraciones que impidan el flujo genético. El tamaño menor de la población que se separa promueve algo conocido como “efecto fundador” (una población o especie tuvo en origen poca diversidad genética). Es más susceptible a los efectos de la deriva genética. Es parecida a la anterior en cuanto al tamaño de la población. Se ven los dos mecanismos para aislamiento reproductivo, puesto que en este caso si se mantiene inicialmente algo de flujo genético entre los grupos. Es el caso menos común. Depende de la generación de barreras reproductivas internas, mecanismos fisiológicos que impiden que individuos de los dos grupos puedan procrear a pesar de ocupar el mismo espacio o debido a que los dos grupos comienzan a ocupar nichos diferentes en el mismo espacio geográfico.
Los procesos adaptativos acumulados y observados a través de amplios tiempos geológicos hasta la formación de especies y clados nuevos se conoce como macroevolución. Para algunos biólogos evolutivos la distinción entre macro y micro evolución es vaga y puramente teórica, sin embargo, se la utiliza aún para denotar las diferencias entre la evolución adaptativa dentro de la especie y aquella que produce nuevas especies. Jorge
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Barreras de aislamiento reproductivo Una vez que la especiación se ha producido, actúan barreras que tratan de preservar a la nueva especie, impidiendo el intercambio de genes entre ellas. A estos procesos se los conoce como barreras de aislamiento reproductivo y se clasifican en: precigóticas y poscigóticas.
Precigóticas Actúan antes del apareamiento o fusión de gametos (antes de la formación del huevo o cigoto) Existen 6 tipos definidos: a) Barreras geográficas: las especies no se encuentran en contacto próximo, por ejemplo: el elefante africano y el elefante asiático no coexisten en el mismo continente. b) Barreras ecológicas: dos especies coexisten en el espacio geográfico, pero no en el mismo hábitat, por ejemplo: el tigre y el león asiático, ambos pertenecen al mismo género Pantera, pero el primero habita desde la tundra siberiana hasta los pastizales, mientras que el león habita la pradera, en las regiones bajas. c) Barreras estacionales: los periodos reproductivos o etapas de celo son diferentes en las poblaciones. Es común en especies vegetales como el pino de California. d) Barreras de conducta: los componentes propios de la conducta sexual no permiten que se apareen entre diferentes especies, por ejemplo: las fragatas de galápagos hinchan su vientre y solo la hembra de su especie responde a este gesto. e) Barreras mecánicas: las estructuras sexuales no se complementan, por lo tanto, no favorecen el coito por incompatibilidad anatómica. f) Barreras gaméticas: Los gametos masculinos y femeninos de diferentes especies no se pueden unir por incompatibilidad, debido a receptores de superficie. Las tres especies de elefantes que existen actualmente Inicialmente se pensó que todos los elefantes habitaban en África. Diferencias morfológicas de hábitat y genómicas llevaron a reclasificarlos como dos especies separadas la del bosque (Loxodonta cyclotis) en la mitad y la de sabana (Loxodonta africana) a la derecha.
(Hartl & Clark, 1997). Elefante afrcano y asiatico diferencias
Poscigóticas Son los procesos de aislamiento reproductivo que actúan luego del apareamiento, se mencionan como tales la mortalidad y la esterilidad del híbrido.
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a) Mortalidad del híbrido: se da por incompatibilidad de gametos, en caso de darse la unión, el producto muere, ya que el material genético es incompatible. Tal es el caso de la unión entre cabra y oveja, donde el producto de esta unión es abortado de forma espontánea. b) Esterilidad del híbrido: el producto del cruzamiento sobrevive hasta la edad adulta, pero la composición genética y la inviabilidad de cruzamiento posterior lo vuelve estéril. El mejor ejemplo es el de la mula. En el caso de los mamíferos, a partir del ancestro común derivaron varias especies que permanecen hasta la actualidad. A este fenómeno se lo conoce como "radiación evolutiva".
(Hartl & Clark, 1997). Patrones de evolución "radiación evolutiva".
Extinción La desaparición completa de un grupo, variedad, especie o clado se conoce como extinción. A pequeña escala, los progenitores de las poblaciones producen una progenie mayor a la que el hábitat puede soportar, aquí actúa la selección natural eliminando a la mayoría de individuos, prevaleciendo únicamente aquellos que hayan tenido cantidad de alimento adecuado. A mayor escala, la mayoría de caminos evolutivos de las especies terminan en la extinción. A través de estudios paleontológicos es posible atestiguar en el registro fósil varios eventos de extinción masiva, donde la mayor parte de los clados existentes desaparecieron producto de algún evento cataclísmico. También se observa que después de estos eventos ocurren procesos conocidos como radiación adaptativa, donde la evolución acelera el proceso de especiación para llenar los nichos ecológicos vacíos. Los eventos de extinción más importantes son el del pérmico-triásico que fue el más severo de la historia terrestre, alrededor del 96% de las especies existentes desaparecieron. La del cretácico-terciario que fue en la que se extinguieron los dinosaurios y el del holoceno que es el evento de extinción actual generado por la actividad humana y sus consecuencias climáticas a gran escala.
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Estos eventos masivos causados por cambios ambientales severos y planetarios son relativamente raros, siendo la forma más común de extinción la que ocurre a baja escala, sus causas aún no han sido claramente definidas, pero se la asocia a eventos locales de cambios ambientales y competencia entre especies por recursos y nichos ecológicos. ADN
MUTACIONES
CAMBIOS EN EL GENOTIPO
CAMBIOS EN EL FENOTIPO
VARIABILIDAD EN LAS POBLACIONES (ADAPTACIÓN)
CAMBIOS EN EL FONDO GENÉTICO
SELECCIÓN NATURAL
ESPECIACIÓN
EXTINCIÓN
EVOLUCIÓN
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FUNDAMENTOS DE LA MATERIA Concepto Materia Se define a la materia como todo lo que ocupa un lugar en el espacio, posee energía y está sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida. En conclusión, es cualquier tipo de entidad que es parte del universo observable, tiene energía, es capaz de interactuar y tiene localización espacio-temporal.
Propiedades de la materia Las propiedades medibles de la materia corresponden a una de dos categorías adicionales, las propiedades extensivas y las propiedades intensivas.
Propiedades extensivas El valor de una propiedad extensiva depende de la cantidad de materia que se tome en cuenta. La masa, que es la cantidad de materia en una muestra dada de una sustancia, es una propiedad extensiva. Más materia significa más masa. Los valores de una misma propiedad extensiva pueden sumarse. Por ejemplo, dos bloques de cemento tienen la misma masa combinada que la suma de las masas de cada bloque, en tanto que el ancho de dos escritorios es la suma del ancho de ambos escritorios. El volumen, que se define como la longitud elevada al cubo, es otra propiedad extensiva.
Propiedades intensivas El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cuánta materia se considere, por ejemplo.
La densidad: Que se define como la masa de un objeto dividida para su volumen, es una propiedad intensiva. La temperatura: Suponga que se tienen dos recipientes llenos de agua a la misma temperatura. Si se combinan para tener un solo volumen de agua en un recipiente más grande, la temperatura de este mayor volumen de agua será la misma que en los dos recipientes separados. A diferencia de la masa, longitud y volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no son aditivas.
Propiedades físicas Estas propiedades corresponden al color, punto de fusión, punto de ebullición, es decir una propiedad física es aquella que se puede medir y observar sin que se modifique la composición de la sustancia. Por ejemplo, es posible medir el punto de fusión del hielo al calentar un cubo de hielo y apuntar la temperatura en la que el cubo se convierte en agua. El agua se diferencia del hielo sólo en su aspecto, no en su composición (H2O), de modo que se trata de un cambio físico; es posible congelar el agua para obtener de nuevo hielo. De esta Jorge
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manera, el punto de fusión de una sustancia es una propiedad física. De manera similar, afirmar que el helio gaseoso es más ligero que el aire hace referencia a una propiedad física.
Propiedades químicas A diferencia de las propiedades físicas afirmar “el hidrógeno se quema en presencia de oxígeno para formar agua”, describe una propiedad química del hidrógeno, ya que a fin de observar esta propiedad debe ocurrir un cambio químico estructural que en este ejemplo es “la combustión”. Después del cambio, desaparece la sustancia química original, el hidrógeno, y sólo queda otra sustancia química distinta, el agua. Es imposible recuperar el hidrógeno a partir del agua mediante un cambio físico, como la ebullición o congelación. Otro ejemplo de un cambio químico lo tenemos cada vez que se cocina un huevo, ya que cuando se someten a temperaturas cercanas a 100ºc, la yema y la clara experimentan cambios que no sólo modifican su aspecto físico, sino también su composición química. Después, al comerse, el huevo se modifica de nuevo, por efecto de las enzimas digestivas. Esta acción digestiva es otro ejemplo de un cambio químico. Lo que ocurre durante la digestión depende de las propiedades químicas de las enzimas y los alimentos.
Energía Este término tiene diferentes concepciones en física-química, economía, ecología, pero generalmente se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Todos los cambios físicos como los químicos pueden clasificarse de acuerdo con la energía involucrada. Se denominan exotérmicos a aquellos cambios en los que se libera energía, por ejemplo, la combustión. Se dice que el cambio es endotérmico cuando durante el proceso se absorbe energía, por ejemplo: la evaporación del agua.
El átomo La materia, incluso la que constituye los organismos más complejos, está constituida por combinaciones de elementos. En la Tierra existen unos 92 elementos, muchos son muy conocidos, como el carbono, que se encuentra en forma pura en el diamante y en el grafito. El oxígeno, abundante en el aire que respiramos. El calcio, que utilizan muchos organismos para construir conchas, cáscaras de huevo, huesos y dientes, y el hierro, que es el metal responsable del color rojo de nuestra sangre. La partícula más pequeña de un elemento es el átomo. Los átomos, a su vez, están constituidos por partículas más pequeñas: protones, neutrones y electrones.
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Portal educativo. Átomo, neutrones, protones y electrones. Obtenido de https://www.portaleducativo.net. Recuperado el 4 de agosto de 2017
Modelo atómico Un modelo atómico es una representación que describe las partes que tiene un átomo y cómo están dispuestas para formar un todo. Veamos los distintos modelos que han ido surgiendo:
Modelo atómico de Dalton (1808-1810) -
Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Un elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales. Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. En una reacción química, los átomos no se crean ni se destruyen, solo cambian las uniones entre ellos.
El modelo atómico de Thomson (modelo pudin de pasas)
(Castaños, E.). Modelo atómico de Thomson. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en https://lidiaconlaquimica.wordpress.com/tag/
J.J. Thomson encontró que en los átomos existe una partícula con carga eléctrica negativa, a la que llamó electrón. Pero como la materia solo muestra sus propiedades eléctricas en determinadas condiciones (la electrolisis, la adquisición de carga eléctrica cuando frotamos los cuerpos), debemos suponer que es neutra. De esta forma, podemos decir que: “el átomo es una esfera maciza de carga positiva en la que se encuentran incrustados los electrones”.
El modelo atómico de Rutherford
(Castaños, E.). Modelo atómico de Rutherford. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en https://lidiaconlaquimica.wordpress.com/tag/.
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Este científico descubrió el protón: partícula que tiene la misma carga que el electrón, pero positiva y su masa es unas 1840 veces mayor que la del electrón. El modelo atómico de Rutherford postuló que el átomo tiene un núcleo central en el que está concentrada la carga positiva y prácticamente toda su masa. La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones que están fuera del núcleo. El núcleo contiene protones en número igual al de electrones del átomo. Los electrones giran a mucha velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia. La suma de la masa de los protones y de los electrones no coincide con la masa total del átomo, por lo que Rutherford supuso que en el núcleo tenía que existir otro tipo de partículas. Posteriormente, James Chadwick descubrió estas partículas sin carga y masa similar a la del protón, que recibieron el nombre de neutrones.
Modelo atómico de Bohr Según Plac y Einstein La energía de un sistema no puede aumentar o disminuir continuamente, sino a saltos. El electrón se mueve en unas órbitas circulares permitidas (niveles de energía) donde no admite ni absorbe energía. La gran diferencia entre este y el anterior modelo es que en el de Rutherford los electrones giran describiendo órbitas que pueden estar a una distancia cualquiera del núcleo, mientras que en el modelo de Bohr solo se pueden encontrar girando en determinados niveles En el modelo actual: llamado mecánico-cuántico se sustituye la idea de que el electrón se sitúa en determinadas capas de energía por la de orbital: zona del espacio donde la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.
Composición atómica El núcleo de un átomo contiene protones cargados positivamente y -a excepción del hidrógeno, (1H)- neutrones que no tienen carga. El número atómico es igual al número de protones en el núcleo de un átomo y al de los electrones a nivel de las órbitas. El peso atómico de un átomo es, aproximadamente, la suma del número de protones y neutrones existentes en su núcleo. Las propiedades químicas de un átomo están determinadas por sus electrones (partículas pequeñas, cargadas negativamente), que se encuentran fuera del núcleo. El número de electrones en un átomo es igual al número de protones y determina el número atómico. Todos los átomos de un elemento determinado tienen el mismo número de protones en su núcleo. En algunas ocasiones, sin embargo, diferentes átomos del mismo elemento contienen diferentes números de neutrones. Estos átomos que, por lo tanto, difieren entre sí en sus pesos atómicos, pero no en sus números atómicos, se conocen como isótopos del elemento. Los núcleos de los diferentes isótopos de un mismo elemento contienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Así, los isótopos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero difieren en sus pesos atómicos. Los electrones más próximos al núcleo tienen menos energía que los más alejados, de esta manera, se encuentran en un nivel energético más bajo. Un electrón tiende a ocupar el nivel energético más bajo disponible, pero con el ingreso de energía puede ser lanzado a un nivel energético más alto. Cuando el electrón regresa a un nivel de energía más bajo se libera energía.
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Moléculas Las partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas que se mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los enlaces iónicos y los enlaces covalentes. Las reacciones químicas involucran el intercambio de electrones entre los átomos y pueden representarse con ecuaciones químicas. Las sustancias formadas por átomos de dos o más elementos diferentes en proporciones definidas y constantes se conocen como compuestos químicos. Los seres vivos están constituidos por los mismos componentes químicos y físicos que las cosas sin vida y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Seis elementos (C, H, N, O, P y S) constituyen el 99% de toda la materia viva. Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes estables y fuertes. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, esto da lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos.
Clasificación de la materia -
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Materia homogénea: constituida por una sola fase, que presenta en toda su extensión propiedades y características uniformes. Materia heterogénea: es la calidad de la materia con la que están constituidos los cuerpos y permitirá establecer diferencias entre ellos. Cuerpo: porción limitada de materia. Sustancia: es la cantidad de materia de la que están constituidos los cuerpos y que permite establecer diferencias entre ellos.
Teoría cinético molecular En la enseñanza de la ciencia, bajo la denominación de «teoría cinético-molecular» se incluye un amplio abanico de conocimientos pertenecientes a campos de la física y de la química que, tomados conjuntamente, conforman la que puede ser considerada la visión más general y simple, dentro de lo posible, para explicar la naturaleza de la materia. Históricamente, puede entenderse como la integración de ideas básicas de la teoría cinética de los gases (Ruíz y Blanco, 2004) y su extensión a los demás estados de la materia con conocimientos sobre la estructura de la materia. Para explicar cómo la materia se organiza en tres estados, cómo se comporta en cada estado y cómo es posible la transformación entre estados se ha desarrollado la Teoría Cinético – Corpuscular.
Teoría Cinético – corpuscular. La teoría cinética establece las siguientes hipótesis: -
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La materia es discontinua. La materia, sea cual sea su estado, está formada por partículas diminutas, tanto que su tamaño es muy pequeño comparado con la distancia que existe entre ellas. Por tanto, entre las partículas no hay nada, solo grandes espacios vacíos. Estas partículas están en continuo movimiento. La velocidad de movimiento de estas partículas (su energía cinética) depende de la temperatura: un incremento en la temperatura origina un aumento de la velocidad de movimiento de las partículas (un aumento de la energía cinética de las partículas).
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Entre las partículas hay fuerzas de atracción o de cohesión cuya intensidad disminuye al aumentar la distancia entre ellas. Las partículas se mueven aleatoriamente en todas las direcciones, más deprisa en cuanto mayor es la temperatura. En el caso de un gas, chocan continuamente entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. El resultado de estos choques es la presión gaseosa. La temperatura a la cual todas las partículas están quietas se conoce como “cero absoluto” y es de - 273 °C (0 ºK).
Cambios de estado de la materia Son los cambios que no alteran la estructura de la materia. Los espacios intermoleculares entre moléculas determinan el estado físico, sólido, líquido o gaseoso, además de la presencia de dos fuerzas: fuerzas de expansión (tratan de alejar a las moléculas) y las fuerzas de cohesión (tratan de unir a las moléculas).
Estados de agregación de la materia
ESTADO SÓLIDO - Hay prodominio de la fuerza de cohesión sobre la de expansión. - Las moléculas se encuentran casi unidas. - Cuerpos con forma y volumen definidos.
ESTADO LÍQUIDO - Existe un equilibrio de las fuerzas de cohesión y expansión. - Las moléculas se encuentran separadas un poco. - Carecen de forma y adaptan la forma del recipiente que las contiene. - El volumen es constante.
ESTADO GASEOSO - La fuerza de expansión es mayor que la de cohesión. - Los espacios intermoleculares son muy amplios. - Carecen de forma. - Volumen variable.
Cambio de estado es el proceso mediante el cual las sustancias pasan de un estado de agregación a otro. El estado de la materia depende de las fuerzas de cohesión que mantienen unidas a las partículas. La modificación de la temperatura o de la presión modificará dichas fuerzas de cohesión pudiendo provocar un cambio de estado. A continuación, se revisarán los distintos mecanismos de cambio de estado. Los mecanismos de transformación entre estados se clasifican en dos grandes grupos:
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Cambios progresivos
Cambios de estado que implican un incremento de la energía cinética de las partículas (las partículas pasan a moverse más deprisa). Son cambios que requieren un aporte de energía externo para que se produzcan.
Cambios regresivos:
Transformaciones que suponen un descenso de la energía cinética de las partículas (las partículas pasan a ralentizarse). Son cambios que liberan o desprenden energía cuando se producen.
(Scijinks, 2017). Cambios de estado.
Cambios de estado progresivos -
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Fusión: paso de sólido a líquido. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico (es una propiedad específica de la materia). Vaporización: paso de líquido a gas. La vaporización se puede producir mediante dos procesos distintos: evaporación y ebullición. - Evaporación: es el proceso por el cual un líquido pasa lentamente al estado gaseoso sin que se haya alcanzado la temperatura de ebullición. Es un fenómeno que ocurre en la superficie de cualquier líquido y algunos lo hacen lentamente como el aceite y otros muy rápidos como el alcohol. - Ebullición: si se incrementa la temperatura de un líquido, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de evaporación, además de darse en la superficie, se produce en todo el líquido, formándose grandes burbujas (llenas de vapor del líquido) que ascienden hasta la superficie.
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Sublimación: paso directo de sólido a gas, sin pasar por el estado líquido. Como la vaporización ocurre a cualquier temperatura, las partículas de la superficie de un sólido pueden adquirir suficiente energía cinética para vencer las fuerzas de cohesión que las mantienen unidas y pasar directamente al estado gaseoso.
Cambios de estado regresivos -
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Solidificación: paso de líquido a sólido, se produce por una disminución de la temperatura hasta alcanzar la temperatura de fusión. Las partículas pierden movilidad (energía cinética), favoreciendo la aparición de fuerzas de cohesión entre ellas. Varía con la presión. Condensación o licuación: paso de gas a líquido, la temperatura a la que ocurre es el punto de ebullición. La condensación se lleva a efecto invirtiendo las condiciones que favorecen la vaporización. La compresión del gas o su enfriamiento favorece la condensación. Sublimación inversa: cuando algunos gases se enfrían pueden convertirse directamente en sólidos, sin pasar por líquidos. Es la sublimación inversa.
Cambios químicos Son cambios que alteran la estructura interna de la materia, las evidencias que indican estos cambios son: -
Cambios de color Cambios de temperatura Formación de burbujas (gases) Formación de precipitados
En las reacciones químicas ordinarias no se destruyen ni se crean átomos. El cambio que ocurre se puede explicar, aproximadamente, como una ruptura de los enlaces que mantienen unidos a los átomos en las sustancias que reaccionan (reactivos), para formar una organización distinta, característica de las sustancias que se forman (productos).
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BASES BIOMOLECULARES DE LA VIDA Bioelementos De los 92 elementos químicos naturales, solo 25 son esenciales para los seres vivos y de éstos los más abundantes son: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S), estos son conocidos como bioelementos primarios (CHONPS). Forman el 99% del peso seco de los seres vivos. El 1% restante está dado por elementos de traza como sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), zinc (Zn), cloro (Cl), yodo (I), entre otros.
Propiedades fisicoquímicas de los elementos biogenésicos Los elementos biogenésicos tienden a formar macromoléculas. Se les conoce así porque su masa molecular es superior a los 10 000 u.m.a (unidad de masa atómica). Las macromoléculas se clasifican en naturales y sintéticas. Las primeras son encontradas en los seres vivos mientras que las segundas son todas aquellas moléculas sintetizadas por el hombre para su bienestar. Las macromoléculas naturales son clasificadas en carbohidratos, proteínas y lípidos compuestos cuyas moléculas poseen una elevada masa molecular. Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van Der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes. Los materiales que utilizamos con regularidad muchas veces están formados de polímeros, es decir, compuestos químicos de pesos moleculares altos, como la celulosa o el almidón. El metabolismo degrada estos macro compuestos, convirtiéndolos en dímeros y monómeros a fin de que puedan asimilarse dentro de los ciclos metabólicos.
Bioelementos primarios Son los elementos indispensables para formar las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos); constituyen el 96% de la materia viva seca. Son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el fósforo (C, H, O, N, P, respectivamente). Carbono: forma largas cadenas carbono-carbono (macromoléculas) mediante enlaces simples o dobles, así como estructuras cíclicas. Pueden incorporar una gran variedad de radicales (=O, OH, -NH2, -SH, PO4), lo que da lugar a una variedad enorme de moléculas distintas. Los enlaces que forma son lo suficientemente fuertes como para formar compuestos estables, y, a la vez, son susceptibles de romperse sin excesiva dificultad. Hidrógeno: además de ser uno de los componentes de la molécula de agua, indispensable para la vida y muy abundante en los seres vivos, forma parte de los esqueletos de carbono de las moléculas orgánicas. Puede enlazarse con cualquier bioelemento. Oxígeno: es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica. Además, forma enlaces polares con el hidrógeno, dando lugar a radicales polares solubles en agua. Nitrógeno: principalmente como grupo amino (-NH2.) presente en las proteínas ya que forma parte de todos los aminoácidos. También se halla en las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos.
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Fósforo. Se halla principalmente como grupo fosfato, formando parte de los nucleótidos. Forma enlaces ricos en energía que permiten su fácil intercambio (ATP).
Bioelementos secundarios Están presentes en todos los seres vivos. Los más abundantes son el sodio, el potasio, el magnesio y el calcio. Los iones sodio, potasio y cloruro intervienen en el mantenimiento del grado de salinidad del medio interno y en el equilibrio de cargas a ambos lados de la membrana. Los iones sodio y potasio son fundamentales en la transmisión del impulso nervioso; el azufre forma parte del metabolismo de proteínas; el calcio en forma de carbonato da lugar a caparazones de moluscos y al esqueleto de muchos animales. El ion calcio actúa en muchas reacciones, como los mecanismos de la contracción muscular, la permeabilidad de las membranas, etc. El magnesio es un componente de la clorofila y de muchas enzimas. Interviene en la síntesis y la degradación del ATP, en la replicación del ADN y en su estabilización.
Oligoelementos Son bioelementos que se encuentran en cantidades ínfimas (menos del 0,1%) en los seres vivos, lo cual implica que sus niveles dentro del organismo son regulados de forma meticulosa, tanto su carencia como un aumento excesivo en concentración pueden ser perjudiciales para el organismo. Los siguientes elementos son considerados oligoelementos en humanos: -
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Boro: mantenimiento de la estructura de la pared celular en los vegetales. Cromo: potencia la acción de la insulina y favorece la entrada de glucosa a las células. Su contenido en los órganos del cuerpo decrece con la edad. Cobalto: componente central de la vitamina B12. Cobre: estimula el sistema inmunitario. Flúor: se acumula en huesos y dientes dándoles una mayor resistencia. Regula la flora bacteriana. Hierro: forma parte de la molécula de hemoglobina y de los citocromos que forman parte de la cadena transportadora de electrones. Al oxidarse permite el transporte de oxígeno a través de la hemoglobina para formar la oxihemoglobina. Su déficit se denomina anemia ferropriva. Manganeso: tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando el superóxido dismutasa de manganeso (MnSOD), que cataliza la dismutación de superóxidos o especies reactivas de oxígeno. Molibdeno: se encuentra en una cantidad importante en el agua de mar en forma de molibdatos y los seres vivos pueden absorberlo fácilmente de esta forma. Tiene la función de transferir átomos de oxígeno al agua. Selenio: se presenta como dióxido de selenio, es un catalizador en procesos de oxidación, hidrogenación y deshidrogenación de compuestos orgánicos. Vanadio: es un elemento esencial en algunos organismos. En humanos no está demostrada su esencialidad, aunque existen compuestos de vanadio que imitan y potencian la actividad de la insulina. Yodo: es un elemento químico esencial. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triyodotironina, que contienen yodo.
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Moléculas orgánicas Carbohidratos También se les conoce como glúcidos, azúcares o hidratos de carbono. La mayoría son sintetizados por los vegetales durante la fotosíntesis. Están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, son la fuente principal de energía para las funciones de las células. Los carbohidratos se clasifican en: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Monosacáridos También llamados azúcares simples, están formados por una sola cadena abierta o cerrada de átomos de carbono, unidos cada uno a un grupo hidroxilo (OH-) y a un hidrógeno (H+). De acuerdo al número de átomos de carbono, se clasifican en: triosas (tres átomos de carbono), tetrosas (cuatro átomos), pentosas (cinco átomos), hexosas (seis átomos) y heptosas (siete átomos). Los más importantes desde el punto de vista biológico son las pentosas y las hexosas. Dentro de las pentosas se encuentran la ribosa (forma parte del ácido ribonucleico o ARN) y la desoxirribosa (forma parte del ácido desoxirribonucleico).
(Scijinks, 2017). Molécula de ribosa (A) y de desoxirribosa (B).
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(Scijinks, 2017). Monosacáridos, representación de la glucosa. Cadena abierta y cadena cerrada.
En las hexosas se encuentran la fructuosa, la galactosa y la glucosa. Las hexosas tienen la fórmula general C6H12O6 y la proporción de átomos de carbono es 1:2:1, dependiendo el grupo funcional se las puede considerar aldosas (grupo aldehído) y cetosas (grupo cetona).
(Scijinks, 2017). Aldosas y cetosas. La glucosa y la galactosa son aldosas,la fructosa tiene el grupo cetona.
La fructuosa y la galactosa se encuentran en frutas, miel y verduras. La glucosa se produce durante la fotosíntesis, proporciona la mayor parte de energía para el metabolismo celular, se encuentra en la sangre en el cuerpo humano. Disacáridos Están formados por 2 monosacáridos unidos a través de un enlace glucosídico y la eliminación de una molécula de agua, su fórmula molecular es C12H22O11. Entre los más importantes se encuentran la sacarosa o azúcar de mesa (glucosa y fructuosa), la maltosa o azúcar de malta (glucosa y glucosa) y la lactosa o azúcar de leche (glucosa y galactosa). Jorge
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(Scijinks, 2017). Síntesis de la maltosa.
La maltosa se forma por la unión de 2 moléculas de glucosa por medio del enlace glucosídico con eliminación de una molécula de agua. Polisacáridos Comprenden la mayor parte de los hidratos de carbono presentes en la naturaleza, están formados por varias unidades de monosacáridos, generalmente glucosa. Desempeñan funciones de reserva alimenticia, otros forman parte de la estructura de las células vegetales. Dentro de los polisacáridos de reserva alimenticia están el almidón y el glucógeno (polisacáridos digeribles). Los que forman parte de estructuras son: la celulosa, hemicelulosa y la quitina (no digeribles). Debido a su compleja estructura, deben degradarse a monosacáridos para poder ser absorbidos en la célula.
(Scijinks, 2017). Cadena lineal de almidón y celulosa.
Lípidos Son compuestos orgánicos formados por C, H y O, pero la cantidad proporcional de O2 es menor que en los carbohidratos. Son de consistencia oleosa o aceitosa y se caracterizan por almacenar gran cantidad de energía, se forman a partir de carbohidratos dentro de las células y están constituidos por cadenas cortas o largas, son insolubles en agua, pero solubles en cloroformo, éter o alcohol.
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Los lípidos se clasifican en:
Grasas neutras o lípidos simples (grasas y aceites). Fosfolípidos o lípidos compuestos. Esteroides o lípidos derivados. Grasas neutras o lípidos simples.
Son moléculas grandes o polímeros, también se los conoce como glicéridos, están formados por una molécula de glicerol o glicerina y tres moléculas de ácidos grasos (triacilglicérido o triglicérido). Los ácidos grasos son moléculas de cadena larga de carbono enlazadas por un grupo carboxilo (COOH).
(Scijinks, 2017). Formación de un triglicérido. En este proceso se producen 3 moléculas de agua.
Los triglicéridos se dividen en: grasas y aceites. -
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Las grasas son llamadas lípidos saturados, tienen enlaces simples o monovalentes entre los átomos de carbono, son sólidos a temperatura ambiente. Ejemplo: manteca, mantequilla. Los aceites o lípidos no saturados se producen en las plantas, tienen enlaces covalentes dobles o triples, son líquidos a temperatura ambiente. Ejemplo: aceite de oliva.
(Scijinks, 2017). Ácidos grasos saturados e insaturados.
Funciones de las grasas: Jorge
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Reserva energética: cada gramo de grasa aporta más del doble de energía que un gramo de carbohidratos. Aislantes térmicos: los carbohidratos pueden ser transformados en grasas por el organismo para ser almacenados en forma de glóbulos en el tejido adiposo y ayuda a conservar el calor. Protección: algunas estructuras del organismo como el corazón y las articulaciones a manera de grasa peri-visceral También están presentes en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas. Fosfolípidos o lípidos compuestos.
Se encuentran conformados por dos moléculas de ácidos grasos y un grupo fosfato (P04) unidos a una molécula de glicerina. Tienen un extremo o “cabeza” anclado a un grupo fosfato que es soluble en agua (hidrofílico) y otro extremo o “cola” hidrocarbonado que es insoluble en agua (hidrofóbico). Debido a la presencia de estos dos grupos, forman parte de membranas de células animales y vegetales. Regulan la entrada y salida de sustancias por su naturaleza anfipática. El extremo hidrofílico queda orientado al exterior de la célula mientras que el hidrofóbico hacia su interior. Los más abundantes son las lecitinas y las encefalinas, las primeras se encuentran en la yema de huevo, el tejido nervioso y el hígado, tienen un grupo colina. Las encefalinas tienen como base la etanolamina, están presentes en los músculos y en el cerebro.
(Scijinks, 2017). Estructura general de un fosfolípido.
Esteroides o lípidos derivados Difieren de su estructura con otros lípidos porque están integrados por cuatro anillos, tres de ellos de seis átomos de carbono y uno de cinco. Entre los esteroides más importantes se encuentran: el colesterol, la testosterona, la progesterona, el estradiol y la cortisona. El colesterol es el más abundante en animales, su aumento en la sangre produce endurecimiento de las arterias o aterosclerosis. La testosterona es un andrógeno u hormona sexual masculina. La progesterona y el estradiol son hormonas sexuales femeninas. La cortisona es un glucocorticoide u hormona que interviene en el metabolismo de azúcares y sales minerales dentro del organismo.
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(Scijinks, 2017). Fórmula del colesterol.
Proteínas Son polímeros constituidos a base de C, H, O2, nitrógeno (N) aunque algunos contienen azufre y fósforo. Son constituyentes de cerca del 71% del peso seco de la célula, formando parte de enzimas, algunas hormonas y diversas estructuras celulares como la hemoglobina. Las unidades básicas de las proteínas son los aminoácidos. En la naturaleza se conocen alrededor de veinte aminoácidos, todos tienen la misma estructura general: un átomo de carbono central unido a un grupo amino (NH2), a un grupo carboxilo (COOH), a un átomo de hidrógeno (H) y a un grupo de átomos llamado radical, el cual varía en cada uno de los aminoácidos. Los aminoácidos que forman una proteína se unen a través de un enlace peptídico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra.
(Scijinks, 2017). Estructura general de un aminoácido.
Las plantas son capaces de elaborar todos los aminoácidos a partir de sustancias simples. En cambio, el ser humano no puede producir algunos de ellos, por lo que los obtiene de las plantas y son conocidos como aminoácidos esenciales.
Aminoácidos esenciales Fenilalanina Leucina Isoleucina Treonina
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Los aminoácidos se enlazan entre sí cuando el grupo amino de un aminoácido se une al grupo carboxilo de otro formando un dipéptido. El enlace covalente que se forma se conoce como enlace peptídico.
(Scijinks, 2017). Unión de 2 aminoácidos por medio de un enlace peptídico con la eliminación de una molécula de agua.
Cuando la cadena de péptidos supera los 50 se denomina proteína. Los aminoácidos se combinan entre sí en diferente número y proporción. Clasificación de las proteínas De acuerdo a la forma, las proteínas pueden ser fibrosas (de función estructural, se encuentran la piel, músculos etcétera.) y globulares (participan en procesos vitales. Ejemplo: enzimas y anticuerpos). De acuerdo al nivel de organización, la primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. -
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proteína
puede
tener
una estructura:
Estructura primaria: se presenta una secuencia sencilla de aminoácidos o cadena peptídica. Estructura secundaria: asociación de varias cadenas por puentes de hidrógeno, adopta una forma en espiral o aplanada. Estructura terciaria: se da por el doblamiento de la cadena de péptidos sobre sí misma para formar proteínas globulares, son ejemplo de estas las enzimas. Esta estructura se pierde por el calentamiento o cambios de pH, con lo que se pierde su actividad biológica, a este proceso se lo denomina "desnaturalización". Estructura cuaternaria: dos o más proteínas globulares se enlazan entre sí. Ejemplo: hemoglobina.
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(Scijinks, 2017). Arreglo espacial de las proteínas.
Las proteínas pueden ser simples cuando están formadas solo por aminoácidos y conjugadas cuando además de aminoácidos tienen otros compuestos como metales (Zn, Fe o metaloproteínas), lípidos (lipoproteínas), azúcares (glucoproteínas). Las proteínas tienen como funciones: -
Componente estructural de las células como colágeno (tejido conectivo), la elastina (piel) y la queratina (uñas y epidermis). Actúan como catalizadores, enzimas: lipasa, maltasa. Reguladoras de funciones: insulina que regula la glucosa en sangre. Protegen contra infecciones: anticuerpos o gammaglobulinas. De transporte: hemoglobina que transporta oxígeno, la albúmina que transporta otras moléculas. Proteínas contráctiles: miosina y actina constituyentes de los músculos. Sirven como reserva alimenticia. Participan en la división celular como las histonas, componentes de los cromosomas.
Las proteínas se obtienen de alimentos como la carne, pescado, huevos, leche, queso, nueces y leguminosas. Las enzimas Actúan como catalizadores aumentando la velocidad de las reacciones químicas de la célula. Se denomina holoenzima a una enzima formada por una proteína y otra fracción no proteica o cofactor. La mayoría de los cofactores son iones metálicos como el hierro (Fe), cobre (Cu) potasio (K) etcétera. Otros cofactores pueden ser las coenzimas como las vitaminas B1 NAD (Nicotín Adenín Dinucleótido), etcétera. Cada enzima actúa solo con un tipo de sustrato y se Jorge
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debe a que cada una tiene configuraciones determinadas que solo pueden asociarse a un tipo de sustrato. La actividad enzimática se afecta con el aumento de la temperatura y cambios en el pH.
(Scijinks, 2017) Modelo de acción enzima sustrato.
Ácidos nucleicos Son compuestos a base de C, H, O2, nitrógeno y fósforo, son el ácido ribonucleico o ARN que contiene ribosa y el ácido desoxirribonucleico o ADN que contiene desoxirribosa. El ADN se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula, principalmente. El ARN se encuentra en el nucléolo y en los ribosomas principalmente. Los ácidos nucleicos llevan a cabo dos funciones vitales: determinan qué proteínas debe sintetizar cada célula, regulando el metabolismo, además, transmiten la información genética. Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos, éstos están constituidos por una base nitrogenada, una pentosa y ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas son las purinas (adenina y guanina) y las pirimidinas (citosina y uracilo).
(Scijinks, 2017). Bases nitrogenadas, Nucleósido, nucleótido.
El ARN contiene adenina y guanina, citosina y uracilo, ribosa y ácido fosfórico. El ADN contiene adenina y guanina, citosina y timina, desoxirribosa y ácido fosfórico. Watson y Crick describieron la estructura del ADN como una doble hélice, las dos cadenas se unen por puentes de hidrógeno de manera que la base de una cadena queda enfrente de otra base complementaria. Siempre se unirán adenina con timina y citosina con guanina.
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El ARN se produce a partir del ADN, tiene una sola cadena de nucleótidos, se localiza principalmente en el citoplasma y ribosomas en células procariontes y en el citoplasma, ribosomas y en el nucléolo en células eucariontes. En el ARN se encuentran cuatro tipos de nucleótidos, adenina, uracilo, guanina y citosina.
(Scijinks, 2017). Comparación entre ADN y ARN.
El ARN se presenta en tres formas: -
ARN mensajero (ARNm): lleva el mensaje genético desde el núcleo hasta el sitio donde se forman las proteínas en el citoplasma. ARN de transporte (ARNt): transporta los aminoácidos desde el citoplasma hasta el sitio donde se forma las proteínas. ARN ribosomal (ARNr): tiene como función interactuar con los otros ARN para lograr la síntesis de proteínas.
(Scijinks, 2017). Esquema de los 3 tipos de ARN.
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El ARN mensajero, monocatenario, se encarga de llevar el mensaje desde el núcleo al ribosoma, el ARNt o de transcripción se presenta como una estructura cruciforme conformada por 2 bucles y un anticodón. El ARN ribosomal se encuentra en el ribosoma y es el encargado de formar los puentes peptídicos.
Moléculas transportadoras de energía (ATP) Una de las fuentes de energía más importantes es la molécula de adenosín trifosfato (ATP), es utilizada por todas las células, se conoce como la molécula universal de energía. Cuando se genera energía, esta se transforma en ATP para ser almacenada y utilizada posteriormente. Su estructura consta de una base nitrogenada, un azúcar y fosfato. Cada vez que se rompe un enlace terminal de un fosfato se libera energía.
Moléculas inorgánicas El agua Es el compuesto más abundante en los seres vivos, alrededor de tres cuartas partes del peso corporal es agua (70% del peso total), las moléculas del agua (H2O) se encuentran unidas entre sí por enlaces covalentes llamados puentes de hidrógeno, que se establecen por la atracción electrostática entre las cargas positivas y negativas de las dos moléculas. Es decir, un átomo de hidrógeno (H+) de una molécula atrae a un átomo de oxígeno (O-) de otra. Estos enlaces se pueden romper con facilidad debido a los cambios de temperatura o pH. Entre las propiedades del agua tenemos las siguientes: -
Es el disolvente universal, ya que la mayoría de las sustancias químicas se pueden disolver en ella. Tiene elevado calor específico, protege a los organismos de cambios bruscos de temperatura, manteniéndola estable. Tiene un alto grado de vaporización, facilita la pérdida del exceso de calor por evaporación del sudor. Alto grado de cohesión y tensión de sus moléculas, permite transportar sustancias nutritivas.
El hombre adulto pierde alrededor de dos litros de agua diariamente, por lo que es recomendable tomar esa cantidad para mantener el equilibrio. El agua para ser utilizada debe contener minerales disueltos. Por esta razón, el agua destilada no satisface los requerimientos orgánicos.
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(Scijinks, 2017). Puente de hidrógeno.
El puente de hidrógeno es un enlace covalente que brinda al agua sus propiedades universales
Vitaminas Son compuestos orgánicos que participan en el metabolismo celular y no aportan energía. Las producen las plantas. El ser humano sintetiza vitamina D, las vitaminas K y B son producto del metabolismo de la microbiota intestinal. De acuerdo a la solubilidad que poseen pueden ser: liposolubles (A, D, E y K) e hidrosolubles (C y complejo B). La falta de vitaminas en la dieta produce avitaminosis y el exceso pude causar efectos tóxicos. Vitaminas hidrosolubles Vitaminas hidrosolubles Vitamina B1 - Tiamina
Actúa como coenzima en el metabolismo de los hidratos de carbono.
Vitamina B2 - Riboflavina
Es una coenzima de distintos ciclos metabólicos
Intervienen como aceptores o donantes de hidrógenos en reacciones metabólicas Vitamina B5 - Acido Necesario para la asimilación de carbohidratos, proteínas y Pantoténico grasas Cofactor enzimático en procesos de transaminación, Vitamina B6 - Piridoxina descarboxilación. Vitamina B3 – Niacina
Vitamina B8 - Biotina
Metabolismo de los hidratos de carbono, proteínas y grasas
Vitamina B9 – Ácido fólico
Coenzima en procesos de metilación del ADN, formación de aminoácidos.
Vitamina B12 - Cobalamina Fundamental en la síntesis de ADN Vitamina C ascórbico
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Ácido
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Efecto antioxidante, contribuye en la formación del colágeno.
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Vitaminas liposolubles
Vitaminas liposolubles Vitamina A - Retinol
Regulador del ciclo celular, formación del pigmento visual, estabilidad de mucosas.
Vitamina D - Calciferol
Metabolismo del calcio y fósforo.
Vitamina E - Tocoferol
Reacciona con los radicales libres. Además, estimula la agregación plaquetaria y estabiliza las membranas celulares.
Vitamina K - Fitomenadiona Formación de factores de coagulación dependientes de Vit. K
Sales minerales Son el producto de la relación entre un ácido y una base. Cuando la sal está disuelta en agua se disocia en iones. Por ejemplo, el cloruro de sodio (Mal) se disocia en Na+ y Cl-. Los iones con carga positiva o cationes y los que tienen carga negativa o aniones. Las sales minerales desempeñan un papel vital en el metabolismo, se encuentran en el citoplasma de la célula, en la sangre, etcétera, su función es de regulación, por lo que se requieren pequeñas concentraciones. Las sales de sodio mantienen la presión interna de las células. Las sales de fósforo forman parte del ATP, de los fosfolípidos de las membranas celulares y del ADN y ARN. Las sales en disolución desempeñan diversas funciones en la célula, entre las que se encuentran la homeostasis (equilibrio entre el medio interno y externo de la célula), la regulación del pH y de la presión osmótica. El bicarbonato de sodio actúa como regulador o buffer en los líquidos celulares e intercelulares.
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ORGANIZACIÓN Y FUNCIÓN CELULAR La Teoría celular La vida se caracteriza por una serie de propiedades que corresponden a la organización celular. La teoría celular está constituida por 3 principios básicos que son fundamentales en la biología y mencionan que: -
Todos los organismos vivos están formados por células. Las reacciones químicas de un organismo vivo. Tiene lugar dentro de la célula. Las células se originan de otras células, estas contienen el material genético (ADN) que dirige el ciclo celular. Un organismo crece cuando sus células se duplican.
Características básicas de las células
(Porto, 2017). Esquema de los componentes básicos de una célula.
Hay organismos formados por una única célula (unicelulares) como las bacterias, las levaduras (hongos) y las amebas (protozoarios). Hay otros más complejos formados por varias células (pluricelulares) como las plantas y animales. En estos organismos, las células se ordenan en tejidos, los que su vez forman órganos. Aunque pueden tener formas, tamaños y funciones diferentes, todas las células comparten características muy importantes:
Características estructurales Las células están rodeadas de una membrana celular o plasmática que las separa del ambiente externo y que a la vez permite el intercambio de sustancias, esto permite que la membrana posea un potencial eléctrico. Organismos como las bacterias, hongos y plantas presentan una pared celular que cubre a la membrana. Dentro de la célula se encuentra el citoplasma, una solución de carácter líquido y viscoso donde se encuentran los organelos y donde ocurren los procesos metabólicos celulares (Glicólisis). En el interior de las células está el material genético en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Además, tienen enzimas y otras proteínas que mantienen el metabolismo activo.
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Características funcionales -
Metabolismo: las células transforman las sustancias que captan del exterior para obtener energía o transformarlas en otras sustancias con las cuales la célula se comunica. Los elementos que no cumplen ninguna función se denominan desechos y son eliminados.
-
Reproducción: toda célula proviene de otra, es decir, es el proceso en el cual una célula produce otras iguales o similares. Diferenciación: las células, conforme avanzan en tiempo, empiezan a tener funciones que otras células no tienen, este proceso se denomina diferenciación o especialización, permite que las células con el mismo ADN realicen funciones distintas, porque en ellas se expresan diferentes proteínas, por lo tanto, tienen diferentes formas y funciones. Señalización química: también llamada quimiotaxis, cada célula puede producir sustancias, las cuales sirven para comunicarse entre ellas.
-
-
Evolución: los cambios hereditarios en los organismos pueden heredarse, ya que sufren cambios hereditarios que influyen en la adaptación de la célula a un medio en concreto.
Célula eucariota y procariota Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y las eucariotas. En las células procariotas, el ADN se encuentra de forma circular y no está delimitado por una membrana, pero se concentra en una porción de la célula que se denomina pseudonúcleo. En las células eucariotas, por el contrario, el ADN es lineal, está fuertemente unido a proteínas denominadas histonas y en este tipo de células el material genético se encuentra rodeado por una envoltura nuclear o carioteca. La membrana celular de los procariotas está rodeada por una pared celular externa que es elaborada por la propia célula. Ciertas células eucarióticas, incluyendo las de las plantas y hongos, tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la estructura de las paredes celulares procariotas. Mientras que, las células eucariotas no poseen pared celular.
(Porto, 2017). Esquema estructural de los dos tipos celulares, eucariota y procariota. Jorge
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En las células eucarióticas, proteínas de tipo estructural pueden unirse entre ellas, conformando el citoesqueleto, cuya función es transportar y sostener las sustancias dentro de las células, además, brinda ciertas señales dentro de la célula.
Mitocondrias (Porto, 2017). Modelo de formación de mitocondrias, según teoría de endosimbiosis.
Cuando los primeros organismos celulares aparecieron, debieron adaptarse a condiciones ambientales hostiles, especialmente por la baja concentración de O2 y las altas temperaturas. Estas células primitivas eran anaerobias, es decir, utilizaban rutas metabólicas independientes de oxígeno. Con la aparición de los primeros organismos fotosintéticos, los niveles de oxígeno aumentaron, apareciendo así organismos aerobios. Al coexistir ambas clases ocurrió un proceso llamado endosimbiosis, el cual consiste en que una célula anaerobia fagocita ingiere a una célula aerobia. Dentro del citoplasma de la célula anaerobia, la célula aerobia encontró un ambiente idóneo para realizar sus actividades metabólicas, por lo que se adaptó a estar en el interior de esta célula y esto dio origen a un organelo celular denominado mitocondria, la cual es la encargada de producir energía por un metabolismo oxidativo (obtención de energía usando el oxígeno).
Célula animal y vegetal Las células animales cuentan únicamente con membrana celular y carecen de una pared celular, pertenecen a organismos heterótrofos porque son incapaces de sintetizar su propio alimento, incorporando los nutrientes de los alimentos que poseen otros seres vivos, ya que no poseen cloroplastos con clorofila para la fotosíntesis. Además presentan Lisosomas funcionales para la digestión intra (dentro) y extracelular (fuera de le célula) (endocitosis y exocitosis). Veamos la imagen de la célula animal.
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(Morales, P. 2010). Célula animal. Recuperado el 4 de agosto de 2017 en http://biologia.laguia2000.com.
La célula vegetal, en cambio, tiene una pared celular de celulosa, que hace que tenga rigidez. Además, estas células tienen los cloroplastos, con clorofila, gracias a ellos realizan la fotosíntesis y por eso son autótrofas.
Célula vegetal. Recuperada el 4 de agosto de 2017 en http://www.imagui.com.
Organelos celulares Al analizar una célula mediante microscopía óptica solo observaremos el núcleo, citoplasma y la membrana celular, pero en el microscopio electrónico, podemos observar que la célula tiene sus propios órganos internos, a los cuales denominamos organelos u orgánulos citoplasmáticos. Se denominan orgánulos llamados también organelos o elementos celulares a las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de una célula eucariota, que tienen una forma y unas funciones especializadas bien definidas y diferenciadas. La célula procariota normalmente carece de orgánulos. Jorge
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Núcleo Dirige la actividad celular ya que contiene el material genético (ADN) que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula. El nucléolo es una región del núcleo que se considera una estructura supra-macromolecular (gran compactación de moléculas) que no posee membrana que lo limite. Nucléolo El nucléolo es un organelo que se encuentra dentro del núcleo, se considera una estructura supra-macromolecular, que no posee membrana que lo limite. La función principal del nucléolo es la transcripción del ARN ribosomal por la polimerasa I, y el posterior procesamiento y ensamblaje de los pre-componentes que formarán los ribosomas.
(Porto, 2017). Esquema de conformación del núcleo en las células eucariotas.
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Membrana plasmática
(Porto, 2017). Esquema de conformación de la membrana celular.
La membrana plasmática, membrana celular, membrana citoplasmática o plasmalema, es una bicapa fosfolipídica que delimita toda la célula. Es una estructura formada por dos láminas de fosfolípidos, glucolípidos y proteínas que rodean, limitan la forma y contribuyen a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las células. Regula la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Es similar a las membranas que delimitan los orgánulos de células eucariotas. Mitocondria
(Porto, 2017). Mitocondria.
La mitocondria está formada por una red de cisternas rodeadas de su propia membrana. Posee su propio ADN (mitocondrial) que se hereda por línea materna. Es un organelo citoplasmático membranoso exclusivo de las células eucariotas y la principal función de las mitocondrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP, Jorge
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que es dependiente de la cadena transportadora de electrones, que es una serie de proteínas y enzimas encargadas de la producción de ATP y H2O por la oxidación (pérdida de electrones) y reducción (ganancia de electrones) de las mismas. Ribosomas
(Fernández, 2007). Esquema de conformación del ribosoma eucariótico con sus subunidades.
Son gránulos citoplasmáticos encontrados en todas las células. Se encuentran conformados por el ARN ribosómico y proteínas. Su función principal es la síntesis de proteínas que ocurre cuando en el núcleo se produce tanto ARNt y ARNm (en los procesos de transcripción) luego son codificados por el ARNr de los ribosomas (traducción). Están conformados por 2 subunidades, una mayor 60S y una menor 40S. Las proteínas formadas por los ribosomas tendrán distintas funciones, entre ellas habrá: -
Proteínas que formarán parte del citosol. Proteínas que construirán los elementos estructurales. Proteínas que componen elementos móviles en el citoplasma. Retículo endoplasmático liso (REL)
Es un orgánulo membranoso que se encarga de la síntesis de componentes de membrana, se presenta como una red de cisternas y fosfolípidos que comunica la membrana citoplasmática con la membrana nuclear. Además, participa en el almacenamiento de calcio, la detoxificación de drogas y el metabolismo de lípidos.
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Retículo endoplasmático rugoso (RER) Tambien llamado granular, es un orgánulo membranoso que participa en la síntesis de todas las proteínas que deben empacarse o trasladarse a la membrana plasmática o de la membrana de algún orgánulo. Se denomina rugoso porque está cubierto de ribosomas.
(Porto, 2017). Centriolo (Izquierda). Aparato de Golgi (Centro), Retículos endoplasmáticos (Derecha).
Peroxisomas Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Como la mayoría de los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariotas. Fueron descubiertos en 1965 por Christian de Duve. Inicialmente recibieron el nombre de microcuerpos y están presentes en todas las células eucariotas.
(Smith J, Aitchison J. 2013). Peroxisomes take shape. Nature reviews in molecular and cell biology.
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Aparato de Golgi Se lo considera una continuación del sistema de membranas del retículo endoplásmico, es un orgánulo membranoso que se encarga del transporte, maduración, acumulación y secreción de proteínas procedentes del RE. Está conformado por proteínas, lípidos y enzimas. Posee vesículas llamadas dictiosomas, que son liberadas directamente en el citoplasma. Vacuolas Son orgánulos membranosos que se encargan de eliminar el exceso de agua, desintegración de macromoléculas y el reciclaje de sus componentes dentro de la célula. No son propiamente organelos, sino más bien representan vacíos o huecos donde se almacenan sustancias. En la célula animal se forman sobre todo en procesos de endocitosis y exocitosis. En los protozoos existen vacuolas contráctiles que regulan el exceso de agua. Lisosomas Son orgánulos membranosos que se encargan de “eliminar sustancias”, o dicho de una manera más adecuada, de metabolizar sustancias, en su interior contienen enzimas líticas. Cuando un elemento ingresa a la célula por medio de endocitosis se forma una vacuola digestiva. Se considera lisosoma primario aquel que solo contiene enzimas, pero no una sustancia a degradar, mientras que cuando el lisosoma se une a una vacuola digestiva se denomina lisosoma secundario.
(Porto, 2017). Formación de Lisosoma primario y secundario.
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Cloroplastos
(Taiz & Zeiger, 2006). Cloroplasto y su estructura.
Son estructuras que se encuentran en las células eucariotas del reino vegetal, específicamente en aquellos que realizan fotosíntesis. En su interior contienen clorofila, pigmento que da el color verde a las plantas. Su función es producir la energía, se los considera análogos a las mitocondrias de las células animales. Al igual que las mitocondrias, se encargan de procesos metabólicos basados en la captación y reducción.
Citoesqueleto
(Porto, 2017). Estructura y conformación del citoesqueleto.
El citoesqueleto es un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células eucariotas, organiza las estructuras internas e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular. El citoesqueleto es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estructuras como los cilios y los flagelos) y desempeña un importante papel tanto en el tráfico intracelular (por ejemplo, los movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división celular.
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Centriolo Es un organelo de forma cilíndrica, estructurado por 9 tripletes de microtúbulos, que forman parte del citoesqueleto. Su principal función es la formación y organización de los filamentos del huso acromático o huso mitótico cuando ocurre la división del núcleo celular. Pili, flagelo y cilio Los cilios son organelos celulares cuya característica principal es presentar apéndices con aspecto de pelos que contienen una estructura central altamente ordenada, la cual se compone principalmente de microtúbulos que forman el axonema. Los cilios tienen varias funciones entre ellas las fundamentales son movimiento, absorción (porque aumentan la superficie de la célula) y secreción. El flagelo es un apéndice móvil con forma de látigo presente en organismos unicelulares y en algunas células de organismos pluricelulares como el espermatozoide. Su principal función es el movimiento y, al igual que los cilios, están formados por una estructura denominada axonema. Los pili o “pilus” Son estructuras en forma de pelo, más cortas y finas que los flagelos que se encuentran en la superficie de muchas bacterias. Los pili corresponden a la membrana citoplasmática a través de los poros de la pared celular y la cápsula que asoman al exterior. Su función principal es el intercambio de material genético de las bacterias, aunque en algunos casos puede ayudar en el movimiento de las mismas.
Funciones celulares Homeostasis Se puede definir como homeostasis al equilibrio casi constante de las funciones celulares ante los cambios del medio externo o interno. Toda célula tiene los mecanismos para mantener las concentraciones de sus variables metabólicas (concentración iónica intracelular, nivel de glucosa, etcétera.) de una manera constante. Dentro del ser humano existen varios procesos que se consideran como procesos pro-homeostasis, entre ellos tenemos: -
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Transporte de líquidos: esta función es comandada por el aparato cardiovascular, el cual se encarga de bombear la sangre constantemente. Síntesis de nutrientes: A través de los aparatos digestivo y respiratorio obtenemos los nutrientes esenciales para la función celular. Eliminación de los productos finales del metabolismo: los órganos que cumplen esta función se denominan emuntorios, los cuales son: - Pulmón: se encarga de eliminar el CO2 - Riñón: el principal órgano de eliminación, el riñón es capaz de filtrar todas las sustancias que nuestro cuerpo ya no necesita. - Aparato digestivo: se encarga de eliminar el sobrante de la alimentación en las heces. - Hígado: también se encarga de formar una sustancia denominada bilis, que también nuestro cuerpo tiene que eliminar. Regulación de las funciones corporales: los sistemas encargados de la regulación de las funciones corporales son:
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Sistema endócrino: conjunto de glándulas que producen secreciones (hormonas) que actúan como mensajeros intercelulares reguladores. Por ejemplo: La insulina pancreática regula el metabolismo de la glucosa. - Sistema nervioso: A través de las células nerviosas o neuronas, estas se conectan con el resto de tejidos del organismo, a manera de red, su función principal es enviar mensajes para que se realicen las funciones corporales. Inmunidad: Mecanismos de defensa contra patógenos (organismos nocivos) externos. Se basan en dos sistemas principales: - El sistema inmunitario: se especializa en la defensa del organismo, posee tipos celulares y proteínas específicas cuya función es destruir a los organismos macro y microscópicos que representen una amenaza. - Sistema tegumentario: formado por la piel, es nuestra primera barrera contra el ambiente externo y un aislante del medio interno.
Transporte a través de la membrana celular Recordemos que una de las funciones de la membrana celular es el transporte de sustancias hacia el interior de la célula (líquido intracelular) o hacia el exterior de la misma (líquido extracelular); este transporte se divide en 2 grandes grupos: transporte pasivo y transporte activo. Transporte pasivo
(Langley, 1982). Difusión simple a lo largo del tiempo en una célula.
El transporte pasivo es aquel que no requiere de energía producida por la célula, pues el movimiento de las sustancias se da gracias a la energía cinética que tienen las partículas, lo que los físicos denominan “calor”, el calor es la cantidad de movimiento que tienen las partículas: a mayor movimiento, mayor temperatura; mientras menos se muevan estas partículas, menos energía tendrán, por lo tanto, menor calor. Al entender la cinética del movimiento de partículas comprendemos que cuando la temperatura es igual a cero, las partículas se detienen; cuando las partículas se detienen no habría calor, por lo tanto, no habría energía liberada, lo que corresponde en la escala de temperatura a 0o Kelvin (0 absoluto). La finalidad del transporte pasivo es equiparar la concentración de cada solución Dado que las partículas se encuentran en constante movimiento por su propia energía cinética, podemos hablar de distintos tipos de transporte pasivo: difusión simple, difusión facilitada y ósmosis. Jorge
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Difusión simple
Difusión facilitada
Ósmosis
Se define como el paso de solutos (elementos sólidos en un medio líquido) a través de una membrana plasmática desde un medio de mayor concentración, hacia un medio de menor concentración de solutos. Es el paso de solutos desde un medio de mayor concentración a un medio de menor concentración, a través de la membrana plasmática por una proteína transportadora o canal. Es el paso de agua (H2O) desde un medio de menor concentración hacia un medio de mayor concentración, a través de una membrana plasmática.
(Langley, 1982). Esquema del transporte osmótico.
Transporte activo
A diferencia del transporte pasivo no usa la energía cinética propia de las partículas, sino la energía que produce la célula producto de sus ciclos metabólicos. Es decir, el transporte activo requiere de energía para el intercambio de sustancias. Otro punto que diferencia ambos procesos es el sentido del flujo. El objetivo del transporte pasivo es igualar concentraciones dentro y fuera de la célula, por lo que el paso de sustancias será de mayor a menor concentración; el objetivo del transporte activo es crear gradientes de transportación, por lo que este lo hace de menor a mayor concentración. Existen 2 tipos de transporte activo.
LEC: líquido extracelular Hay más concentración de Na LIC: líquido intra-celular
Hay más concentración de K
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(Langley, 1982). Modelo de acción del transporte activo.
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Transporte activo primario: es el paso de solutos desde un medio de menor concentración a uno de mayor concentración a través de la membrana plasmática mediante el uso de energía y por una proteína transportadora, el mejor ejemplo de este transporte en la bomba de Na-K ATP asa.
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Transporte activo secundario: Es secundario al transporte primario, usa la energía producida por el transporte activo primario, dado que el primero crea gradientes de concentración, el transporte activo secundario aprovecha esta energía cinética acumulada para transportar solutos; al igual que el primario, usa una proteína transportadora y se puede presentar de 2 formas: o Co-transporte: cuando la proteína (llamada “simportador”) transporta 2 sustancias hacia el mismo lugar; como el simportador Na-glucosa, permite que con la entrada de glucosa ingrese el sodio. o Contra-transporte: cuando la proteína (antiporte) transporta 1 soluto a un lado de la membrana, mientras que la otra sustancia la transporta al lado contrario, es el caso del co-transportador Na+ - H+, este transporte permite el ingreso de Na+ y la liberación de H+, hacia el medio extracelular.
(Langley, 1982). Esquemas de co-transporte. Simporte y antiporte. Transporte transcelular
Este se basa en la formación de vacuolas a nivel de la membrana celular. Esta se encarga de englobar sustancias del medio externo o interno y transportarlas hacia el exterior (exocitosis) o transportarlas al interior (endocitosis), pero cuando hablamos exclusivamente del H2O se conoce como pinocitosis.
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(West, 2005). Modelos de transporte transcelular.
(West, 2005). Tipos de exocitosis. La secreción constitutiva no requiere un segundo mensajero
Nutrición celular La nutrición celular abarca los procesos por los cuales la célula adquiere los elementos necesarios para desarrollar sus funciones básicas (crecimiento, división, etcétera.). Los organismos vivos de acuerdo a la forma en la que adquieren los nutrientes necesarios pueden considerarse autótrofos (organismos fotosintéticos, reino vegetal) o heterótrofos (consumidores primarios y secundarios, reino animal, fungi, etcétera.). Los organismos heterótrofos necesitan obtener sus sustratos energéticos usando materia de otros seres vivos, ya que son incapaces de sintetizarla para alimentarse, esta característica es propia de las células del reino animal. Para que la nutrición celular se realice existen varios procesos intracelulares que son: Ingestióncaptación, digestión, metabolismo y excreción a) Ingestión o captación: Las moléculas esenciales se introducen a la célula por medio de dos procesos: permeabilidad o por endocitosis. Jorge
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Permeabilidad: Moléculas minúsculas atraviesan la membrana plasmática y se introducen directamente en el citoplasma mediante procesos como el transporte pasivo (difusión) o transporte activo. - Endocitosis: La célula engloba al nutriente para ingerirlo. La membrana celular se curva y se forma una hendidura que empuja la partícula, la rodea y permite su inclusión con el citoplasma. Existen dos tipos de endocitosis; la fagocitosis, se da cuando partículas grandes son envueltas por dos prolongaciones del citoplasma llamadas pseudópodos, formándose una vacuola digestiva, dentro de esta vacuola digestiva se encuentran macronutrientes que no pueden ser metabolizados, por lo que tendrá que fusionarse con lisosomas circulantes a fin de degradar al compuesto; este fenómeno se da en los fagocitos o células de defensa del sistema inmune. La pinocitosis es un proceso similar cuyo objetivo es obtener sustancias que se encuentran diluidas (H20 y solutos). b) Digestión: las moléculas se rompen en otras más pequeñas y son transformadas en sustancias de alto valor para la célula. Este proceso se da con la fusión de los lisosomas con la vacuola digestiva. c) Metabolismo: es la fase de procesamiento, aquí las células procesan las moléculas de nutrientes. Se rompen las moléculas complejas para producir energía y la célula utiliza esta para elaborar otras más complejas, así como para efectuar funciones como la respiración o el transporte celular. d) Excreción: las sustancias que no son útiles son expulsadas. A diferencia de los animales, las plantas son organismos autótrofos. La nutrición de las células vegetales es un proceso que inicia cuando la planta capta las sustancias del agua y el suelo a través de las raíces e ingiere los nutrientes por medio de fagocitosis o por el paso de ellos a través de la membrana plasmática.
División o reproducción celular El Ciclo celular Comprende la serie de sucesos que acontecen en la célula para su división, tiene 2 fases: la interfase y la división celular. a) Interfase: abarca todos los fenómenos que acontecen antes de la división celular, se divide en 4 subfases: 1. Fase G0: denominada fase quiescente, es aquella célula que aún no entra en el ciclo celular, las células altamente especializadas ya no realizan o células inmaduras que no han sufrido el estímulo correcto. 2. Fase G1: en esta fase la célula aumenta su volumen porque empieza a aumentar la síntesis de proteínas. 3. Fase S: esta es la fase en la cual se da la replicación del ADN 4. Fase G2: en esta fase la célula se está preparando para entrar en la división celular b) División celular: la división celular puede ser sexual o asexual, en las células del cuerpo humano solo ocurren 2 tipos de divisiones celulares asexuales las cuales son la mitosis y la meiosis.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Componentes del ciclo celular.
Mitosis La mitosis es la división de las células somáticas (células no sexuales) del organismo, tiene como objetivo crear 2 células idénticas a la célula madre. Es el ejemplo clásico de la fisión binaria en organismos procariotas y en organismos eucariotas, permite la renovación constante de tejidos, así como el crecimiento. La mitosis consta de las siguientes fases: I. II. III. IV.
Profase: el ADN se compacta y se empiezan a formar los cromosomas, la envoltura nuclear se empieza a desorganizar (desaparece). Metafase: en esta fase los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula (meta=mitad) y los centriolos migran a los polos celulares y forman el huso acromático. Anafase: en esta fase se separan los cromosomas hacia cada polo celular. Telofase: la célula se divide y la envoltura nuclear vuelve a organizarse para formar 2 células hijas idénticas a la madre.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Fases de la mitosis. El objetivo de la mitosis es formar células genéticamente iguales a la célula madre.
Meiosis La meiosis, al igual que la mitosis, es un tipo de división asexual. Únicamente se lleva a cabo en las células sexuales (espermatozoides y óvulos). El objetivo de la meiosis es mantener la especie, es decir, favorecer la variabilidad y el flujo genético, al favorecer intercambio genético entre línea paterna y materna. El producto de esta división son 4 células hijas distintas a la célula madre y con un material genético distinto al de la célula madre. La meiosis tiene 2 fases, una fase de reducción y otra fase de división: I.
Fase de reducción: a) Profase I: Al igual que la profase de la mitosis, comprende la organización del material genético celular, comprende las subfases:
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Leptonema (leptoteno): Los cromosomas comienzan a condensarse a partir de la cromatina. Cigonema (cigoteno): Los cromosomas homólogos (similares) se aparean, es decir se unen. Este contacto, que se denomina sinapsis, es exacto, ya que las cromátidas que se asocian lo hacen específicamente punto por punto. La estructura resultante se denomina cromosoma bivalente (porque está constituida por dos cromosomas). Continúa la condensación de los cromosomas. Paquinema (paquiteno): Se completa el apareamiento de los cromosomas homólogos, no hay fusión entre cromátidas, pero el contacto entre estas es estrecho. Los cromosomas se hallan enrollados y las cromátidas se hacen visibles; el par homólogo recibe el nombre de tétrada (cuatro cromátidas). Uno de los fenómenos más notorios que ocurre en esta etapa es el entrecruzamiento o crossing-over. Diplonema (diploteno): Los cromosomas homólogos comienzan a alejarse, aunque sin separarse totalmente. Quedan unidos por puntos aleatorios denominados quiasmas, dónde se da el entrecruzamiento. Diacinensis: Mientras continúa la condensación de los cromosomas, los quiasmas se desplazan hacia los extremos de los mismos, los cromosomas homólogos solo quedan ligados por estas zonas.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Subfases de la Profase I de la primera división meiótica.
a) Metafase I: o fase de alineación, los cromosomas se ubican en el plano ecuatorial de la célula y los centriolos migran a los polos celulares y se forma el huso acromático. b) Anafase I: en esta fase se divide el número de cromosomas hacia cada polo de la célula, por lo que gracias a esta fase las siguientes células que se originen pasarán a tener la mitad del número de cromosomas que la célula madre. c) Telofase I: la célula se divide, la envoltura nuclear vuelve a organizarse y forma 2 células hijas. II.
Fase de división: Se da después de una virtual interfase o intercinesis y luego ocurren los pasos de la división, que es similar a la mitosis:
a) Profase II: en esta fase el ADN se compacta y se compactan los cromosomas, la envoltura nuclear desaparece. b) Metafase II: en esta fase los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula y los centriolos migran a los polos celulares y forman el huso acromático. c) Anafase II: se produce la separación de los cromosomas hacia cada polo de la célula. d) Telofase II: la célula se divide y la envoltura nuclear vuelve a organizarse para formar 4 células hijas con la mitad del número de cromosomas de la célula original.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Proceso de meiosis, a partir de la célula madre, se originan 4 células hijas con la mitad del material genético
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REPRODUCCIÓN Y HERENCIA Antecedentes históricos de la herencia A lo largo de la historia, la humanidad ha utilizado frases como “es idéntico a su padre” o “tiene las manos de su abuela”. Siempre hemos entendido que heredamos características de nuestros progenitores, pero, ¿cómo sucede este fenómeno? Para los griegos, las características que se adquirieron durante la vida podían ser transmitidas a los descendientes. Durante los siglos XVI y XVII, después de la invención del microscopio, varias teorías surgieron para explicar la herencia, aunque ninguna fue concluyente sino hasta el siglo XIX cuando investigadores como Charles Naudin (1815-1899) y Gregor Mendel (1822-1884) propusieron los fundamentos básicos para definir la herencia.
Conceptos Clave en genética a) Gen: Es una porción o fragmento de ADN que codifica información para la síntesis de un producto funcional molecular como por ejemplo una proteína. b) Rasgo o carácter: Atributo o rasgo heredable de naturaleza bioquímica, citológica, conductual, fisiológica, genética, moleculares, morfológica, o de cualquier otra naturaleza. c) Genotipo: constitución genética para el conjunto de los genes de un individuo. En las especies diploides (las cuales poseen dos copias de cromosomas, uno de origen materno y otro de origen paterno), en un locus (posición del genoma) en el que solamente se han encontrado dos alelos distintos (A y a), hay tres genotipos posibles:
Homocigoto dominante: AA
Heterocigoto: Aa
Homocigoto recesivo: aa
d) Homocigoto: También llamado puro, corresponde a la variación del genotipo en la que los dos alelos son iguales para un carácter. e) Heterocigoto: Correspondiente al término híbrido, presenta alelos distintos para un carácter. f) Fenotipo: Características físicas expresadas por el genotipo en un determinado ambiente, como tal, corresponden a los caracteres visibles que posee un individuo: color de ojos, tamaño de orejas, color de la flor, etc. En las especies diploides (dos juegos de cromosomas, uno de origen materno y otro de origen paterno) como el guisante, en un locus (posición del genoma) en el que solamente se han encontrado dos alelos distintos (A y a) y con dominancia de A sobre a (A>a), existen dos fenotipos posibles:
Fenotipo Dominante: A Fenotipo Recesivo: a
g) Dominante: es aquel que siempre se expresa cuando está presente, sin importar si está en condición homocigota o en condición de heterocigoto. h) Recesivo: corresponde al gen que solamente se expresa bajo condiciones de homocigosis, es decir, cuando las 2 copias heredadas corresponden a genes recesivos.
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Modelo de herencia recesivo. Leyes de Mendel. Obtenido de http://fisicaquimicabioloblog.blogspot.com el (5 de agosto de 2017)
Mendel postuló los principios fundamentales de la genética gracias a sus experimentos realizados con variedades de plantas de arvejas de la especie Pisum sativum. Él había estudiado estas plantas desde mucho antes de iniciar sus experimentos sobre la herencia y había logrado identificar varios tipos de plantas (variedades) que diferían entre sí en uno o más caracteres o rasgos. Seleccionó esta especie de arvejas porque presenta características que la hacen idónea para realizar este tipo de experimentos, como la presencia de caracteres claramente distinguibles:
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Forma de la semilla: lisa o rugosa Color de la semilla: amarillo o verde. Color de la Flor: púrpura o blanco. Forma de las legumbres: lisa o estrangulada. Color de las legumbres maduras: verde o amarillo. Posición de las flores: axial o terminal. Talla de las plantas: normal o enana.
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Caracteres de Psivum sativum estudiados por Mendel. Obtenido de https://pendientedemigracion.ucm.es. El (5 de agosto de 2017)
Basándose en estos resultados, Mendel propuso las dos siguientes Leyes de la Transmisión de los caracteres de una generación a las siguientes:
Primera ley o “Ley de la uniformidad de los caracteres” Las plantas híbridas (Aa) de la 1ª generación filial (F1) obtenidas por el cruzamiento de dos líneas puras que difieren en un solo carácter tienen todas la misma apariencia externa (fenotipo) siendo idénticas entre sí (uniformes) y se parecen a uno de los dos progenitores. Al carácter que se manifiesta en las plantas de la F1 (híbridos Aa) se le denomina dominante y al carácter que no se manifiesta se le denomina recesivo. Este resultado es independiente de la dirección en la que se ha llevado a cabo el cruzamiento. Ley de la uniformidad de los caracteres. Recuperado el 05 de agosto de 2017 en http://www.biologiaescolar.com.
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Segunda Ley o “Principio de la Segregación” La autofecundación de las plantas híbridas (Aa) procedentes del cruzamiento entre dos líneas puras que difieren en un carácter origina una 2ª generación filial (F2) en la que aparecen 3/4 partes de plantas de apariencia externa (fenotipo) dominante y 1/4 de plantas con apariencia externa (fenotipo) recesiva. De manera que el carácter recesivo reaparece en la F 2 y de cada cuatro plantas una tiene fenotipo recesivo. Este resultado se debe a que cuando los híbridos de la F1 forman sus gametos, los alelos del mismo locus segregan (se separan) dando lugar a dos clases de gametos en igual proporción, mitad de los gametos con el alelo dominante (A) y mitad con alelo recesivo (a). Esto sucede tanto por el lado femenino como por el lado masculino. Principio de la segregación. Obtenido de http://www.biologiaescolar.com. El (5 de agosto de 2017)
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Ejemplos de las leyes de Mendel. Recuperado el 05 de agosto de 2017 en http://www.biologiaescolar.com.
Con el objeto de facilitar la comprensión del fenómeno de segregación de los alelos y de los genotipos esperados en la descendencia, se usan tablas de doble entrada para señalar los genotipos de los padres, los gametos producidos por los mismos y los genotipos de los hijos resultantes al fecundarse dichos gametos. Además, conociendo los genotipos es posible saber los fenotipos de cada uno de los individuos. Esta representación se conoce como tablero de Punnet y explica la segregación de alelos en la formación de gametos en padres heterocigotos y el resultado esperado para la descendencia que puede representarse como proporción o porcentaje.
Tercera Ley o “Cruzamiento de 2 caracteres independientes” Mendel demostró esta ley con el cruzamiento de variedades de guisantes (líneas puras) que diferían en dos caracteres independientes. Dado que para observar el color de la flor es Jorge
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necesario sembrar las semillas y esperar que produzcan plantas adultas, Mendel para ahorrar tiempo y esfuerzos, prefirió estudiar caracteres que se manifestaban en las semillas, como la forma y el color de las semillas. Por tal motivo, cruzó plantas de semilla lisa y verde (AAbb) por plantas de semilla rugosa y amarilla (aaBB), obteniendo el siguiente resultado. La F1 que obtuvo fue uniforme con un genotipo (AaBb) y en cuanto al fenotipo todas las semillas eran lisas y amarillas, indicando este resultado que el carácter dominante para la forma de la semilla es el liso (A) y para el color de la semilla era el amarillo (B). Posteriormente, autofecundó las plantas de la F1 y la descendencia obtenida (F2) estaba formada por 9/16 de semillas lisas y amarillas, 3/16 de lisas verdes, 3/16 de rugosas amarillas y 1/16 de rugosas verdes. Dominancia completa: el aspecto externo del heterocigoto (Aa) se parece al de un homocigoto (AA), de manera que los individuos AA y Aa poseen la misma apariencia externa (Fenotipo A). El alelo (A) domina sobre el alelo (a) (A>a). Dominancia intermedia: el aspecto externo del heterocigoto (Aa) es intermedio entre el de los parentales homocigóticos (AA y aa). Por ejemplo, el color de las flores en Antirrhinum majus (Boca de dragón) presenta dominancia intermedia, de forma que cuando se cruzan plantas homocigóticas dominantes de flores rojas (AA) con plantas homocigotas recesivas de flores blancas (aa) se obtienen híbridos heterocigóticos (Aa) de flores color rosa.
GAMETOGÉNESIS
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(Moore, K. 2008). Gametogénesis.
La gametogenia (formación del gameto) es el proceso de formación y desarrollo de las células reproductoras especializadas, los gametos (espermatozoide y ovocito). Este proceso se puede clasificar en espermatogonia y ovogonia, en el que intervienen los cromosomas y el citoplasma de los gametos, prepara a estas células sexuales para la fecundación. Durante la gametogenia, el número de cromosomas se reduce a la mitad y se altera la forma de las células. El espermatozoide y el ovocito, los gametos masculino y femenino, son células sexuales. Cada una contiene la mitad de los cromosomas (haploide) presentes en las células somáticas (todas las de los aparatos y sistemas). El número de cromosomas se reduce durante la meiosis, un tipo de división celular. La maduración de los gametos se denomina espermatogenia en los hombres y ovogenia en las mujeres.
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GENÉTICA, MEDICINA Y SOCIEDAD Ingeniería genética y biotecnología La ingeniería genética es una nueva ciencia relacionada con la biotecnología y la manipulación o transferencia del material genético (ácidos nucleicos ADN o ARN). Tuvo sus inicios en 1973 con los investigadores Stanley Cohen y Herbert Boyer, con la creación del primer organismo géticamente modificado. En 1997, los investigadores Ian Wilmut y Keiyh Campbell, del Instituto Roslin de Edimburgo, clonaron el primer mamífero, denominado “Oveja Dolly”. A partir de la ingeniería genética nace la biotecnología. La biotecnología es una nueva ciencia que estudia e interrelaciona diferentes ciencias como la física, química, medicina, biología y matemáticas. La biotecnología busca generar nuevos productos a partir de organismos vivos o de sus productos para crear bienes o servicios en beneficio del ser humano. La ingeniería genética y la biotecnología incluyen un conjunto de técnicas biotecnológicas como la secuenciación del ADN (nació con el proyecto del genoma humano), la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), clonación, mutagénesis, transgénesis y terapia génica.
(Reyes, 2015). Biotecnología Vegetal: cultivo in vitro de tejidos vegetales.
Tecnología del ADN recombinante Es una técnica que consiste en identificar genes específicos, aislarlos y manipularlos en un organismo para “recombinarlo” en otro organismo. La técnica principal para obtener organismos recombinantes que se utiliza es la de transferencia de plásmidos a través de bacterias o levaduras al organismo de interés.
La secuenciación del ADN Un hito que marcó la historia fue la secuenciación del genoma humano completo, inició en 1990, tuvo como objetivo descubrir el código genético en los 23 pares de cromosomas en su totalidad, culminó en 2005. La secuenciación del genoma humano sirvió como base para poder secuenciar microrganismos más pequeños como Escherichia coli, Arabidopsis thaliana, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Saccharomyces cerevisiae, entre otros. En la actualidad, sirven como modelo para estudiar enfermedades, elaborar productos de interés, bioremediar suelos, etcétera.
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Reacción en cadena de la Polimerasa (PCR) Es una técnica a nivel molecular que aprovecha las propiedades enzimáticas de la enzima polimerasa para crear varias copias de un fragmento de interés a partir de pequeñas cantidades. Un ejemplo de esto es la detección de implicados en crímenes, en donde a partir de pequeñas cantidades de fluidos, se replica el ADN y se puede identificar al criminal.
Terapia génica La terapia génica es una técnica que involucra sustituir o añadir fragmentos de genes de interés de un organismo a otro. Entre las enfermedades que se han tratado hasta el momento ha sido la enfermedad del niño burbuja y la distrofia muscular de Duchenne.
(Fundación Mencía, 2016.) Representación esquemática del proceso de terapia génica en seres humanos.
Transgénesis Se conoce como transgénesis a la técnica de transferir, genes exógenos, fragmentos de interés de un organismo a otro diferente, a nivel genético a través de técnicas moleculares y de ingeniería genética. Generalmente, la técnica se la realiza a nivel de células germinales en etapa de fertilización del óvulo para nuevamente reimplantarlo en la hembra. De esta manera, tenemos un organismo transgénico creado a nivel de laboratorio.
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(Ris, 2006). Ejemplo de transgénesis en pollos usando células cultivadas con PGCs.
Animales transgénicos Los animales transgénicos son animales que han sido modificados genéticamente a través de la inserción de fragmentos (genes exógenos) de interés de un organismo en otro. Uno de los principales objetivos que tienen los animales transgénicos son: -
El modelamiento de enfermedades (peces brillantes “Glofish” la rana translúcida y ANDi, el primer primate transgénico) Producción de fármacos recombinantes (producción de proteínas recombinantes en leche). Animales más grandes para la alimentación (Salmón transgénico, vacas Belgian blue). Donación de órganos (xenotransplantes de cerdos) y mayor producción de productos de origen animal (ovejas con mayor producción de lana).
(Aquabounty, 2017). Salmón transgénico “Aqua Bounty”.
Clonación La clonación es un proceso a nivel genético y molecular por el que se consigue de manera asexual un organismo genéticamente idéntico a otro (a nivel de fenotipo y genotipo). Esto se puede realizar a partir de células somáticas o células sexuales del organismo donador. A partir de esta
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célula se extrae su material genético y se lo inserta en un nuevo óvulo para que, por diferenciación, se pueda originar el mismo organismo en una madre nodriza.
Clonación natural La clonación se genera de forma natural en la naturaleza, es muy común en organismos simples como las amebas y microrganismos unicelulares, plantas y hongos, que se reproducen de forma asexual.
Clonación reproductiva También se realiza la clonación reproductiva que tiene como objetivo buscar fines diferentes para el embrión. Esta técnica principalmente es aplicada en animales y está prohibida en seres humanos. Un ejemplo de ello es la creación de la “Oveja Dolly”, que fue clonada a partir de la célula de la ubre de su madre. El proyecto no tuvo éxito porque la oveja clonada envejeció muy pronto por el hecho de haber sido clonada de una célula somática que tuvo múltiples divisiones previamente, a diferencia de una célula sexual que no se ha dividido indefinidamente.
Clonación terapéutica Este tipo de clonación no tiene como objetivo clonar seres vivos como animales o humanos, sino más bien busca clonar órganos y tejidos. Es una técnica que ha tenido bastante acogida y avance en la ciencia. De esta manera, se clonan órganos o tejidos a nivel de laboratorio y se los puede trasplantar al paciente para curar sus enfermedades. Con esta técnica se evita el rechazo inmunológico por parte del paciente que recibe el órgano o el tejido donante.
Nanotecnología La nanotecnología es una técnica relativamente novedosa, la cual se encarga de manipular la materia a escala nanométrica (microscopios altamente tecnológicos). Esta técnica es capaz de manipular átomos y moléculas para fabricar productos a una microescala, pero altamente eficaces.
Aplicaciones En la investigación actual se busca crear nanomateriales que tienen las mismas características que los materiales a gran escala, pero son mucho más eficientes e inocuos para los organismos. Un ejemplo de ellos son los nanopolímeros que se utilizan en trasplantes de corazón y extracciones dentales.
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(Euroresidentes, 2015). Nanotecnología a nivel microscópico.
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ANATOMÍA, HISTOLOGÍA Y FISIOLOGÍA DE LOS TEJIDOS HUMANOS Tipos de tejidos básicos Recordando que las células son la mínima unidad funcional, biológica y genética de cualquier ser vivo, nos podríamos preguntar qué pasaría si ellas se agrupan entre sí, al agruparse células con la misma función tendremos como resultado un tejido. Dentro del cuerpo humano tenemos cuatro tejidos esenciales:
Tejido epitelial Es un tejido avascular, el cual se encarga de brindar protección a superficies internas y externas de los organismos, además de secretar sustancias a través de este y también se encarga de los procesos de absorción de nutrientes, lo podemos encontrar recubriendo nuestro cuerpo en forma de piel y mucosas. Hay tres tipos de tejidos epiteliales: a) De revestimiento o cubierta b) Secretores o glandulares c) Sensoriales o neuro epitelios
(Schnek & Massarino, 2008). Tejido epitelial de revestimiento.
Tejido conectivo Este tejido es uno de los más amplios existentes en el cuerpo humano, cumple con varias funciones como el soporte y la nutrición, está compuesto por células, fibras y matriz extracelular. La matriz extracelular está formada por polisacáridos y proteínas secretados localmente que forman una intrincada red. Los principales tejidos conectivos son: a) Tejido sanguíneo Jorge
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b) c) d) e) f)
Tejido conectivo laxo Tejido conectivo reticular Tejido conectivo óseo Tejido conectivo cartilaginoso Tejido conectivo adiposo
(Schnek & Massarino, 2008).Tejido conectivo adiposo.
Tejido muscular Es un tejido responsable del movimiento que tiene la capacidad de contraerse y relajarse, esto es llevado a cabo por ensambles de dos proteínas: (1) la actina y (2) la miosina. En el interior de sus células hay numerosos filamentos que cumplen con esta función; tenemos 3 tipos de células musculares:
a) Tejido muscular liso o visceral b) Tejido muscular estriado o esquelético c) Tejido muscular cardíaco
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(Schnek & Massarino, 2008).Tejido muscular.
Tejido nervioso Se especializa en la conducción y trasmisión de estímulos y es el encargado de conformar el Sistema Nervioso Central que compone el cerebro, la médula espinal y los nervios. Este tejido se compone de dos tipos de células como se menciona a continuación: a) Neuronas b) Células gliales
(Schnek & Massarino, 2008). Tejido nervioso.
Sistema Cardiovascular Está conformado por un sistema de tubos encargados de transportar la sangre y una bomba que le da la energía necesaria para realizar el movimiento de la misma. Estos tubos se conocen como vasos sanguíneos y la bomba como corazón. La función del aparato sanguíneo es transportar los nutrientes necesarios para que las células realicen sus funciones metabólicas normales y puedan transportar los desechos que producen estas, si se acumularan, causarían graves problemas en las células. El sistema circulatorio está formado, entonces, por el sistema cardiovascular que conduce y hace circular la sangre, así como el sistema linfático que conduce la linfa. En su trayectoria, la sangre recoge, a su vez, los productos de desecho del metabolismo y estos son eliminados por los órganos de excreción.
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio del ser humano.
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Corazón: es un órgano musculoso encargado del bombeo de la sangre al cuerpo, está conformado por: -
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Ventrículo derecho: de aquí sale la arteria pulmonar. Ventrículo izquierdo: de aquí sale la aorta. Aurícula derecha: es la encargada de recibir la sangre de las venas cava superior e inferior. Aurícula izquierda: es la encargada de recibir las venas pulmonares. Válvulas aurícula-ventriculares: son las que separan a los ventrículos de las aurículas, la derecha se llama tricúspide, la izquierda mitral. Válvulas semilunares: son las que separan a los ventrículos de las arterias y son la válvula pulmonar y aórtica.
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(Texas Heart Institute, 2016). Corazón. La circulación se define como el movimiento continuo de sangre en nuestro organismo, tenemos dos tipos de circulación: -
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Vasos sanguíneos: son los conductos que llevan la sangre a los tejidos periféricos, estos los podemos clasificar de la siguiente forma: - Arterias: son vasos grandes, los cuales salen del corazón (nacen de los ventrículos). - Arteriolas: las arterias conforme van avanzando a través del cuerpo se van ramificando hasta que llegan a convertirse en arteriolas, que tienen una luz más pequeña y menos músculo liso. - Capilares: son los vasos encargados del intercambio de sustancias entre las células y la sangre. - Vénulas: las vénulas se forman cuando los capilares convergen hasta formar vasos de calibre similar a las arteriolas. - Venas: las venas son la convergencia de las vénulas y se definen como los vasos que llegan al corazón, quiere decir los vasos que desembocan en las aurículas
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema cardiovascular: vasos sanguíneos.
Circulación mayor Es el movimiento de sangre desde el corazón hasta los tejidos periféricos y de nuevo al corazón. En esta circulación, la sangre que se encuentra en las arterias se denomina oxigenada por tener gran cantidad de oxígeno y nutrientes, mientras que la sangre que se encuentra en las venas se denomina desoxigenada, porque tiene grandes cantidades de desechos celulares.
Circulación menor Es el movimiento de sangre desde el corazón hasta los pulmones y de vuelta al corazón, aquí las arterias llevan sangre desoxigenada y las venas llevan sangre oxigenada.
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(Texas Heart Institute, 2016). Circulación mayor y menor.
Ciclo cardíaco Es la serie de sucesos que ocurren cuando el corazón se contrae (sístole), hasta que se relaja (diástole). En la sístole las válvulas semilunares se abren y los ventrículos se contraen, mientras que en la diástole las válvulas aurícula-ventriculares se abren y las aurículas son las que se contraen.
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(Texas Heart Institute, 2016). Ciclo cardíaco.
Sistema cardionector Es un sistema especializado del corazón, se encarga de la generación de impulsos para que el corazón lata adecuadamente. En otras palabras, es el marcapasos del corazón y lo conforma:
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(Texas Heart Institute, 2016). Sistema cardionector.
Presión arterial sistémica Es la presión en el árbol arterial de la circulación sistémica que depende de la aorta y sus ramas y corresponde a la presión ejercida por la sangre expulsada por el ventrículo izquierdo en cada sístole. La presión sistémica, que suele ser cuatro veces más alta que la presión arterial pulmonar, no debe exceder de 140/80 mm Hg en los adultos, y sus valores normales en promedio son 120/80 mm Hg
Presión arterial pulmonar La presión arterial pulmonar normal se encuentra entre 18 y 25 mmHg para la sistólica, 6 a 10 mmHg para la diastólica y 12 a 16 mmHg para la presión media
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APARATO GENITOURINARIO Aparato genital masculino y femenino
Las gónadas funcionan como órganos endócrinos mediante la producción de estrógenos y progesterona en los ovarios y de testosterona en los testículos, además de eso, en estos órganos se forman los gametos sexuales (espermatozoides y ovocitos) necesarios para la transmisión genética a sus progenitores. El pene y la vagina son los órganos de la copulación mediante el coito, el pene es atravesado por la uretra y se abre en el meato uretral para expulsar el líquido seminal (líquido compuesto por espermatozoides y secreciones provenientes de la vesícula seminal y de la próstata) y la orina. En la mujer, el útero se encarga de albergar al producto de la concepción durante el periodo de gestación.
APARATO URINARIO Es el encargado de la eliminación de muchas de las toxinas producidas por el mismo organismo y de sustancias exógenas nocivas para el organismo mediante la formación y eliminación del a orina. Está compuesto por:
Riñones Son dos órganos macizos retroperitoneales situados en la región lumbar, uno a cada lado de la columna vertebral y por delante de esta. Tiene una forma de habichuela, por lo tanto, presenta dos bordes, uno externo y otro interno en el que se localiza una hendidura central denominada hilio renal. El riñón derecho está ligeramente más bajo que el izquierdo, ya que el hígado lo desplaza hacia abajo. Jorge
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Si realizamos un corte transversal, podemos observar que el riñón está formado por una médula renal compuesta por 6 a 8 segmentos triangulares llamadas Pirámides de Malpighi; por otro lado, también está formado por una corteza y un seno renal ubicado en el vértice de las pirámides donde se vacía la orina recién formada.
Podemos decir entonces que el riñón cumple principalmente las siguientes funciones:
Formación de la orina en el riñón. La formación y eliminación de la orina contribuye a la regulación del medio interno. Producción y secreción de eritropoyetina, que es necesaria en la producción de glóbulos rojos (hematopoyesis). Producción de renina que participa en la regulación de la presión arterial.
Cálices Mayores, Menores y Pelvis Renal En el vértice de las pirámides encontramos a las papilas en donde se vierte la orina hacia los cálices menores, de dos a tres cálices menores confluyen para formar un cáliz mayor, los cuales vierten hacia la pelvis renal.
Uréteres Son dos tubos largos, uno izquierdo y otro derecho, que se comunican por la pelvis renal con la vejiga urinaria. Tienen una longitud aproximada de 30 cm.
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Vejiga Es un saco membranoso que sirve como reservorio de orina entre las micciones. Su capacidad funcional total llega a ser de aproximadamente 2 litros, pero el reflejo de micción tiene lugar a los 500 ml. Situada dentro de la cavidad pélvica tiene forma de pera. Presenta una base ancha de forma triangular, en cuyos vértices superiores desembocan los uréteres. En el vértice inferior tiene su comienzo la uretra.
Uretra Es la parte final de las vías urinarias. En la mujer la uretra es muy corta (4 cm aproximadamente). En el varón mide unos 15 cm aproximadamente. La unión de la uretra con la vejiga presenta un engrosamiento muscular denominado esfínter uretral interno, formado por fibras musculares que forman el músculo detrusor de la vejiga.
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Filtración glomerular y formación de orina La unidad funcional renal se denomina nefrona. Aproximadamente existen 1 millón de nefronas por cada riñón, estas son las encargadas de la producción de la orina mediante tres mecanismos: Filtración glomerular: La nefrona se encarga de filtrar el plasma sanguíneo (parte líquida de la sangre sin células) a nivel del glomérulo renal. Secreción: Ciertas sustancias que no fueron filtradas a nivel glomerular, son eliminadas en todo el trayecto tubular. Reabsorción: Por otro lado, aquí se trata de volver a absorber sustancias que se filtraron demás en el proceso glomerular.
Aparato respiratorio Ventilación y respiración. El aparato respiratorio es el conjunto de órganos que se encarga de dos procesos fundamentales: la respiración y la ventilación.
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Ventilación: es el proceso por el cual se intercambian los gases desde el medio ambiente al interior de los alveolos, inspiración; y de los alveolos al medio ambiente, espiración. Washington
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Respiración: este proceso se da a nivel celular y consta de la captación de O2 por parte de las células para la respiración aerobia para la obtención de energía y la producción constante de CO2 por el metabolismo interno de las células, recordemos que el CO2 es un producto de degradación de la respiración aerobia.
(West, 2005). Diafragma, órgano importante para la respiración.
Para realizar estos 2 procesos podemos dividir aal tracto respiratorio en 2 partes: 1. Parte conductora o vías aéreas: se encargan de transportar el aire del medio ambiente hasta el interior de los alveolos y esta a su vez la podemos dividir en 2 partes, tomando como punto de división el inicio de la laringe: a. Vías aéreas superiores: fosas nasales, cavidad oral y la faringe b. Vías aéreas inferiores: laringe, tráquea y los bronquios 2. Parte respiratoria: es la continuación de las vías conductoras, en otras palabras, el lugar donde ocurre el intercambio gaseoso a nivel de los alveolos pulmonares.
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Fosas nasales Las fosas nasales son estructuras osteo-cartilaginosas que se encuentran constituidas por 4 paredes y 2 orificios. Los dos orificios son uno anterior, denominado narina; y otro posterior, denominado coana. Las fosas nasales se separan la una de la otra por el tabique nasal, que es cartilaginoso en su parte anterior y está formado por hueso en su parte posterior. Las fosas nasales se comunican con unas cavidades que se encuentran en la cara y se denominan senos paranasales (frontales, etmoidales, esfenoidales y maxilares), estos senos sirven principalmente para el proceso de resonancia de la voz, y vierten sus secreciones en el interior de las fosas nasales en unas estructuras llamadas cornetes nasales que se encuentran en número de 4 a 5 en los individuos.
Las fosas nasales tienen 2 funciones principalmente y para eso histológicamente se han dividido en 2 partes:
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Parte respiratoria: esta parte de las fosas nasales se encargan de 3 funciones, aparte del paso de aire como todas las vías respiratorias y son: o Filtración: en las fosas nasales se filtran las macropartículas del medio ambiente para evitar que lleguen a las vías aéreas inferiores mediante dos mecanismos, el primero por la turbulencia que causan los cornetes nasales y la segunda por la presencia de unos pelos que se encuentran en las fosas nasales que se conocen como vibrisas. o Calentamiento: esta función se cumple gracias a la gran vascularización que presentan las fosas nasales. o Humidificación: esta función también se da gracias a la gran vascularización Parte olfatoria: se conforma de neuronas, mismas se encuentran en el techo de las fosas nasales y se encargan de percibir los olores del exterior y transmitir el impulso al cerebro para su interpretación.
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Faringe La faringe es un órgano músculo-membranoso vertical que conecta al aparato respiratorio con el aparato digestivo, y se divide en 3 partes:
Nasofaringe o rinofaringe: se comunica con el orificio posterior de las fosas nasales (las coanas), y en ella se encuentran el orificio de la trompa de Eustaquio y las amígdalas tubáricas Orofaringe: se comunica con la boca a través del istmo de las fauces, y en ella se encuentran las amígdalas palatinas Laringofaringe: se comunica con la laringe a través de la glotis.
Laringe Es un órgano cartilaginoso que presenta en su mucosa unos pliegues que se denominan cuerdas bucales y que al pasar el aire a través de ellos genera vibraciones que producen la voz. La laringe está conformada por cartílagos pares e impares:
Cartílagos Cricoides (impar) Cartílagos Tiroides (impar) Epiglotis (impar) Cartílagos Aritenoides (pares) Cartílagos de Sartorini (pares) Cartílagos de Wrisberg (pares)
Las funciones de la laringe son:
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Protección: permite la desviación de los alimentos para que no entren en el tracto respiratorio Fijación: ante los cambios de presión en la caja torácica, la laringe no cede por su configuración Deglución: favorece el descenso del bolo alimenticio Función tusígena y de expectoración: es un mecanismo de defensa que permite la expulsión de bacterias y sustancia nocivas del tracto respiratorio Fonación: se da gracias a las cuerdas bucales que producen las vibraciones.
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Tráquea La tráquea es el conducto que continúa a la laringe y al igual que todas las vías respiratorias, su función es la del paso del aire. La tráquea tiene cierta característica a recalcar, tiene una capa mucosa en su interior, cuya función es producir moco, favorece la humidificación del aire y ayuda en la defensa de las vías aéreas, porque ahí se “pegan” las sustancias que lograron pasar las fosas nasales, y su epitelio, que es cilíndrico ciliado, permite la movilización de estas sustancias para luego ser deglutidas y así eliminadas. La tráquea está conformada de anillos cartilaginosos incompletos que tienen forma de “C”, en su parte posterior se encuentra unida por músculo liso, el cual permite ampliar o disminuir el diámetro del orificio traqueal mediante la dilatación y la contracción del músculo respectivamente. Estos anillos que se encuentran en número de 15 a 20 impiden que la tráquea se colapse, y así exista un flujo de aire continuo hacia los pulmones.
Bronquios En su parte inferior, la tráquea se bifurca en dos bronquios, el bronquio principal izquierdo y el bronquio principal derecho, y el punto de bifurcación se conoce como “Karina”. Los bronquios tienen una estructura similar a la de la tráquea con respecto a su mucosa, la capa interna, pero difieren en los cartílagos ya que estos presentan anillos completos, también debemos notar que entre el bronquio izquierdo y el derecho hay unas características que los diferencian por la presencia del corazón a este nivel. Característica Tamaño Jorge
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Bronquio principal derecho Corto E8-20
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Bronquio principal izquierdo Largo Tel:
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Dirección Diámetro
Vertical Mayor
Horizontal Menor
TRÁQUEA
BRONQUIO PRINCIPAL IZQUIERDO
BRONQUIO PRINCIPAL DERECHO
BRONQUIOS SEGMENTARIOS BRONQUIOS LOBARES Los bronquios principales, una vez que entran en los pulmones, se dividen en bronquiolos lobares, uno por cada lóbulo del pulmón, esto quiere decir que el bronquio derecho se dividirá en 3 bronquios lobares y el izquierdo en 2 bronquios lobares, luego, estos sufren otra división más para formar los bronquios segmentarios, uno por cada segmento pulmonar.
Bronquilos Una vez que se han formado los bronquios segmentarios, estos sufren divisiones dicotómicas, y forman bronquiolos, así se dan 21 divisiones, las primeras 7 abarcan a los bronquios, las otras 14 son bronquiolos, los cuales tienen características distintas: 1. Epitelio: el epitelio, conforme avanzan las divisiones, se va “encogiendo”, empieza con un epitelio pseudo-estratificado cilíndrico ciliado, y luego se va transformando en cilíndrico, cúbico, hasta transformarse en plano a nivel alveolar. 2. Cartílago: de ser anillos cartilaginosos, el cartílago va disminuyendo hasta formar islotes cartilaginosos
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Aparato digestivo Generalidades Nos permite la ingestión, digestión y absorción de todos los nutrientes que ingerimos y también la excreción de ciertos productos de desecho. Está constituido por: TUBO DIGESTIVO SUPERIOR INFERIOR Boca (dientes, lengua) Yeyuno Faringe Íleon Esófago Colon (Intestino Estómago grueso) Duodeno Recto Ano
GLÁNDULAS ANEXAS Glándulas salivales (parótida, submaxilar y sublingual). Hígado Páncreas
Esquema general del Aparato Digestivo. Extraído de: http://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/exe/ciencias_naturales_nee/sistema_digestivo.html
Boca En esta región empieza propiamente la digestión (gracias a enzimas que contiene la saliva). Los dientes trituran los alimentos y las secreciones de las glándulas salivales los humedecen. En este segmento del aparato digestivo los alimentos son masticados, lubricados por la saliva y presionados por la lengua. En ella se forma una pasta húmeda y blanda llamada BOLO ALIMENTICIO, la cual desciende hacia la faringe. En la boca, la lengua (órgano muscular) se halla cubierta por la membrana lingual especializada para detectar el sabor de los alimentos debido a que posee las papilas linguales (filiformes,
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foliadas, circunvaladas y caliciformes) encargadas del sentido del gusto. Fuente especificada no válida. La boca limita hacia adelante con los labios y mejillas, lateralmente con las mejillas, hacia arriba con el paladar, hacia abajo con la base de la lengua y hacia atrás se comunica con la orofaringe a través del “Istmo de las fauces”. Fuente especificada no válida.
Cavidad bucal. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/anatomia-y-fisiologia-del-sistema.html
Faringe Es un tubo cilíndrico ubicado a nivel cervical, contiene tres segmentos: Nasofaringe: En relación hacia adelante con la cavidad nasal, aquí encontramos el orificio de la trompa faringotimpánica que conecta con el oído medio. Orofaringe: En relación hacia adelante con la cavidad oral, aquí encontramos a las amígdalas (cúmulos de tejido linfático) tubárica, palatina, faríngea y lingual (parte posterior de la lengua). Laringofaringe: En contacto con los cartílagos laríngeos. La faringe se encuentra sostenida mediante los músculos de la región del cuello además del contacto que presenta con los órganos adyacentes. La faringe funciona como un conducto mixto (debido a que ayuda tanto al paso del alimento proveniente de la cavidad oral como también al paso del aire proveniente de la cavidad nasal u oral). Durante la deglución la epiglotis se inclina y levanta la faringe. Luego se contraen las cuerdas vocales, cierran la glotis y sellan la faringe, por donde pasa el aire. Fuente especificada no válida.
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Faringe. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.paxala.com/la-faringe/
Esófago Es un tubo musculomembranoso que conecta a la faringe y al estómago, tiene una longitud aproximada de 22 cm en el adulto y presenta tres segmentos: cervical, torácico y abdominal. En todo su trayecto el esófago permite el paso del alimento de una manera gradual mediante contracciones segmentarias de su musculatura y de los alimentos líquidos mediante caída libre. Fuente especificada no válida. Termina a nivel abdominal en su unión con el estómago mediante un esfínter denominado “cardias”.
Esófago. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.paxala.com/el-esofago/
Estómago El estómago es una dilatación del tubo digestivo que comunica al esófago con el duodeno; tiene una capacidad que va de 1 a 1,5 litros. La mayor parte del estómago se encuentra situado en el epigastrio aunque ocupa también parte del hipocondrio izquierdo. El estómago tiene forma de J, se puede distinguir una porción vertical y otra horizontal, de tal manera que presenta las siguientes regiones:
El fondo gástrico, es la parte más alta del estómago. El cuerpo, está limitado a ambos lados por las curvaturas mayor y menor La porción pilórica o píloro, tiene forma de embudo y es la zona comprendida entre la incisura angular y el esfínter pilórico, que separa al estómago del duodeno.
Al finalizar, el bolo alimenticio se transforma en una masa estéril llamada quimo. Jorge
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Estómago. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://www.nutriciondietas.com/2014/04/28/nutricion-2/nutricion-digestion-en-el-estomago/
Intestino Delgado Es un tubo de aproximadamente 6 metros de longitud, formado por:
Duodeno: Es la parte fija, se comunica con el estómago. Aquí se vierten los jugos pancreáticos y la bilis para poder digerir los nutrientes debido a que estas sustancias poseen enzimas para esto. Yeyuno-íleon: Es la parte móvil. Se absorben todos los nutrientes y pasan al torrente sanguíneo. Termina a nivel de la válvula ileocecal que comunica el íleon con el ciego (intestino grueso).
Intestino delgado. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://mirandaalonzo.blogspot.com/2011/02/intestino-delgado.html
Intestino Grueso Se extiende desde la válvula ileocecal hasta el recto, mide en promedio de 1,5 a 2 metros de longitud. En todo su trayecto se forman las heces fecales gracias a que se da lugar a la absorción de agua. Está compuesto por: Ciego: Primer segmento del intestino grueso, ubicado por debajo de la válvula ileocecal; de esta estructura se desprende el apéndice vermiforme. Colon ascendente: Va desde la unión ileocecal hasta el ángulo hepático (debido a que se encuentra en relación con el hígado).
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Colon transverso: Va desde el ángulo hepático al ángulo esplénico (debido a que se encuentra en contacto con el bazo). Colon descendente: Va desde el ángulo esplénico hasta el colon sigmoideo. Colon sigmoide: Es la parte fija del intestino grueso, se dirige hasta el recto. Recto y ano: Segmento final del tubo digestivo.
Intestino grueso. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en https://colectivogist.wordpress.com/category/gist-en-intestino-delgado-gist-en-colon/ Glándulas Anexas Glándulas Salivales Encargadas de producir y secretar saliva a la cavidad bucal. Las encontramos a nivel del paladar, encías y mejillas; pero las más grandes en cuanto a tamaño son las glándulas parótidas, submandibulares y submaxilares. La saliva es un líquido alcalino, transparente, acuoso y algo viscoso que sirve para humedecer la membrana mucosa y para ayudar a preparar los alimentos para la digestión. Fuente especificada no válida.
Glándulas salivales. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://parotiditis.org/glandulas-salivales/
Hígado Es la víscera más grande del cuerpo humano, ubicada en el cuadrante superior derecho del abdomen. Su función es elaborar y secretar bilis hacia la vesícula biliar donde se almacena, la bilis es un líquido secretado hacia el duodeno y ayuda en la digestión de los nutrientes debido a que contiene enzimas. El hígado, además, detoxifica al organismo mediante el metabolismo y eliminación de desechos que son eliminados junto con la bilis hacia la luz intestinal y excretados a través de las heces fecales. Fuente especificada no válida. Jorge
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Páncreas Glándula de secreción mixta, debido a que produce hormonas como son la insulina y el glucagón encargados de la regulación de los niveles de glucosa en sangre (glicemia).Por otro lado, produce jugo pancreático, el cual es excretado hacia el duodeno que al igual que la bilis contiene enzimas necesarias para la digestión de los nutrientes. Fuente especificada no válida.
Hígado y Páncreas. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en https://www.menudiet.es/articulo-dietapara-el-higado
Aparato osteomuscular El sistema osteomuscular forma parte del aparato locomotor, el cual se encarga de conferir la capacidad de movilidad a los seres vivos. Está formado por los huesos y músculos. Fuente especificada no válida. Huesos – tejido óseo: Es una variedad de tejido conectivo que se caracteriza porque su sustancia fundamental se encuentra calcificada, por lo que le confiere su gran dureza. Histológicamente el hueso está formado por las siguientes células:
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Osteocitos: Son las verdaderas células óseas, ubicadas en el centro del hueso. Osteoblastos: Son las células encargadas de la formación de hueso. Osteoclastos: Son células encargadas de la resorción ósea (destrucción del hueso).
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Estructura de un hueso largo. Recuperado en https://www.educa2.madrid.org/web/argos/inicio//book/atlas-de-histologia19?_book_viewer_WAR_cms_tools_chapterIndex=1584edcd-97a7-41f9-b8ae34577200c068
Morfológicamente, a los huesos se los clasifica en:
Huesos largos: En los que la longitud predomina sobre su anchura y espesor. (Ej: húmero, fémur, tibia). Estos huesos están formados por un cuerpo (diáfisis) y sus extremidades (epífisis), y entre las dos encontramos al cartílago epifisiario a partir del cual se permite el crecimiento longitudinal del hueso. Huesos anchos (planos): En los que la anchura predomina sobre su longitud y espesor. (Ej: Ilíaco, omóplato. Frontal, occipital) Huesos irregulares: En los que no existe un claro predominio de ninguna de sus dimensiones. (Ejemplo: Huesos carpianos, huesos tarsianos).
Funciones del hueso: FUNCIÓN Soporte Protección Almacenamiento
Hematopoyesis
DESCRIPCIÓN Los huesos actúan como sitios de fijación de músculos y tendones. Confieren protección a órganos vitales como el corazón, pulmones y encéfalo. El 99,9% del calcio corporal total se almacena en el hueso en forma de sales minerales (fosfato de calcio) y le confiere rigidez al hueso. En los huesos largos existe un canal en su interior llamado canal medular y en el tejido óseo esponjoso de los huesos anchos encontramos a la médula ósea, encargada de la producción de las células sanguíneas (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas).
Huesos – Anatomía: El cuerpo humano está compuesto por 206 huesos, aunque este número suele variar debido a la presencia de huesos inconstantes (sesamoideos), distribuidos de la siguiente manera. Fuente especificada no válida.
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Esqueleto humano. Recuperado el 17 de agosto de 2017 en http://jeniferaral.blogspot.com/.
Región Cabeza
Huesos Total Cráneo: Frontal, Parietal (2), Temporal (2), Occipital, Etmoides, Esfenoides/ Oído: Martillo (2), yunque (2), estribo (2)
28
Cara: Maxilar superior (2), malar (2), lagrimal (2), cornetes (2), palatino (2), nasal (2), vómer, mandíbula. Cuello
Vertebras cervicales (7), Hioides
8
Tronco
Columna vertebral: Región torácica (12), región lumbar (5), sacro (1), cóccix (1) /Costillas: 12 pares, esternón, clavícula (2), omóplato (2)
48
Miembros superiores
Brazo: Húmero / Antebrazo: Cúbito y radio / Mano: Carpo (8), metacarpo (5), falanges (14) *
60
Miembros inferiores
Cadera: Ilíaco/ Muslo: Fémur / Rodilla: Rótula /Pierna (Tibia y peroné) /Pie: tarso (7), metatarso (5), falanges (14)
62
Músculos El cuerpo humano contiene aproximadamente 650 músculos, los cuales se fijan a los huesos mediante inserciones tendinosas o carnosas constituyendo de esa manera el sistema osteomuscular. Los músculos poseen las propiedades de contracción y estiramiento debido a que sus células (miofibrillas) tienen una elasticidad considerable. Fuente especificada no válida. El tejido muscular se clasifica en:
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Característica Ubicación Tipo de movilidad Características histológicas
Músculo liso Vísceras huecas Involuntario Un solo núcleo Sin estrías
Músculo esquelético Fijado al hueso Voluntario Dos o más núcleos Presencia de estrías
Músculo cardíaco Corazón Involuntario Un solo núcleo Sin estrías
Aparato tegumentario En este aparato los componentes principales son la membrana cutánea (piel), sus estructuras complementarias (pelo, escamas, plomas, cuernos, uñas, glándulas exocrinas) y sus productos (sudor y secreciones).
(Schnek & Massarino, 2008). Aparato tegumentario.
Aparato reproductor: masculino y femenino Estos son los encargados de permitir la reproducción de los seres vivos para mantener la especie. Jorge
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(Schnek & Massarino, 2008). Aparato reproductor masculino.
(Schnek & Massarino, 2008). Aparato reproductor femenino.
Sistema endócrino Este sistema se encuentra constituido por las glándulas de nuestro organismo, las cuales son las encargadas de regular las funciones del cuerpo.
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(Schnek & Massarino, 2008). Sistema endócrino.
SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Y AUTÓNOMO Encéfalo El término encéfalo hace referencia a los órganos del Sistema nervioso central (SNC) que se encuentran dentro de la bóveda craneal, los cuales incluyen (bulbo raquídeo, protuberancia anular, cerebelo, mesencéfalo, diencéfalo, telencéfalo).
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Telencéfalo (cerebro)
Representa la parte más voluminosa del encéfalo, tiene forma ovoide y mide aproximadamente 16 cm en sentido AP; 14 cm en sentido transversal y 12 cm en sentido vertical. Pesa aproximadamente 1.200 gr en el hombre y 1.000 gr en la mujer, ocupa la fosa cerebral y se encuentra sobre los pisos anterior y medio de la base de cráneo, la tienda del cerebelo lo separa de la fosa cerebelosa. Está dividido en dos hemisferios cerebrales por la fisura longitudinal del cerebro (cisura interhemisférica), dichos hemisferios se encuentran unidos por medio de las comisuras interhemisféricas, están excavados por los ventrículos laterales, en la zona de unión con el diencéfalo se encuentra el cuerpo estriado. Comisuras interhemisféricas
Cuerpo calloso Fórnix (trígono) Comisura blanca anterior Comisura epitalámica (blanca posterior). Septum pellucidum (septum lúcidum) Romboencéfalo
Está formado por estructuras situadas entre la médula espinal y el mesencéfalo, estas son el bulbo raquídeo, la protuberancia anular y el cerebelo, entre estas estructuras se encuentra el 4to ventrículo cerebral. Se alojan por debajo de la tienda del cerebelo, por tanto son estructuras infratentoriales. Jorge
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Bulbo raquídeo Tiene la forma de una pirámide ensanchada hacia arriba, va desde el arco anterior del atlas a la parte media de la superficie basilar del occipital. Su longitud es de 3cm aproximadamente. Se relaciona hacia abajo y adelante con el vértice del diente del axis y hacia atrás con la membrana atlantooccipital posterior, hacia atrás se relaciona con el cerebelo, hacia arriba continúa con la protuberancia. Protuberancia anular o puente de Varolio Está situada por delante del cerebelo y conecta el bulbo raquídeo con el mesencéfalo, mide aproximadamente 2,5 a 3 cm de altura. Cerebelo Está situado en la fosa cerebelosa y piso inferior del cráneo. Es alargado en sentido transversal y mide aproximadamente 10 cm de ancho, 5 de alto y 6 en sentido AP. Se une al tallo cerebral por medio de los pedúnculos cerebelosos, presenta tres caras: superior, inferior y anterior y un borde circunferencial. Médula espinal La médula espinal es un cordón blanquecino cilíndrico de 42 a 45 cm de longitud (en el adulto), 2 a 4 cm de diámetro en los ensanchamientos y 1 cm en el resto. Su límite topográfico superior es el arco anterior del atlas que corresponde a la decusación de las pirámides, su límite topográfico inferior está a nivel de L1 o L2 y corresponde al cono medular. Continúa hasta el cóccix por el filum terminale. SEGMENTOS:
Porción superior: hasta la 3ra vértebra cervical. Ensanchamiento o intumescencia superior: C3 a D3. (Frénico y P. braquial) Médula dorsal: 3ra a 9na o 10ma dorsal. (nervios intercostales) Ensanchamiento o intumescencia inferior: D9-10 a L2 (P.lumbar y sacro) Cono medular o terminal 2da lumbar Filum terminale termina en el cóccix.
Sistema nervioso autónomo Es la parte del sistema nervioso que regula la acción involuntaria en sitios como los intestinos, el corazón y las glándulas, inerva el músculo liso vascular y visceral, las glándulas endocrinas y exocrinas, y células pertenecientes a diversos sistemas y órganos.
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Este sistema responde muy rápido, de manera eficiente y continuamente a los cambios internos o externos que pueden perturbar la homeostasis corporal. Se subdivide en sistema simpático y parasimpático. FUNCIONES
Tiene un control parcial sobre la presión arterial, La motilidad y secreciones gastrointestinales, El vaciamiento de la vejiga urinaria, La sudoración, La temperatura corporal, La regulación del músculo cardíaco, del músculo liso y muchas otras funciones viscerales del organismo.
Meninges El sistema nervioso central está recubierto por tres membranas de tejido conjuntivo, las meninges:
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Duramadre, la lámina más externa. Aracnoides, bajo la duramadre. Piamadre, sobre la superficie del sistema nervioso central.
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Duramadre Formada por tejido colágeno plexiforme y resistente a la tracción, representa una especie de esfera hueca, que de una parte tapiza la superficie craneal y de otra la masa encefálica, proporciona a los nervios y vasos que salen del cráneo prolongaciones tubulosas (vainas durales), forma los senos venosos de la duramadre que recogen la sangre del encéfalo y órbita, se divide en perióstica y meníngea. Piamadre Es una delicada lámina de tejido conjuntivo formada de fibroblastos planos modificados que se adosan a la superficie del encéfalo introduciéndose por los surcos y circunvoluciones. Contiene gran cantidad de vasos sanguíneos y continúa con su capa peri vascular, los vasos piales y del plexo coroideo poseen una profusa inervación simpática proveniente de algunos nervios craneales y de los plexos vertebral y carotídeo Aracnoides Esta membrana tiene dos componentes: La capa más externa o capa aracnoidea está formada por células muy agrupadas, cuyo espacio intercelular es casi nulo y muy abundante en uniones estrechas y desmosomas. La porción más interna de la aracnoides está formada por células aracnoideas trabeculares, formando un entramado laxo que conforma ángulo recto con la capa aracnoidea y que atraviesa el espacio subaracnoideo.
Líquido cefalorraquídeo Se forma a partir de los plexos coroideos, sale de los ventrículos por los agujeros de Luschka y Magiendie, es reabsorbido por el sistema venoso a través de las granulaciones de Pacchioni, xonstituye, una protección mecánica del neuroeje, establece un equilibrio osmótico con los capilares y favorece la nutrición del tejido nervioso, permite la eliminación de productos de deshecho del metabolismo celular.
Irrigación del encéfalo Las arterias que irrigan al sistema nervioso central provienen de dos fuentes: las carótidas internas y las arterias vertebrales
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SISTEMA INMUNE Y HEMATOPOYÉTICO El plasma sanguíneo es un fluido amarillento, con una viscosidad baja y translúcido que es la matriz líquida donde están suspendidos los elementos formes. La sangre se encuentra en un medio isotónico, con lo que asegura el estado íntegro de los elementos formes. El plasma sanguíneo conforma el 55% de la composición de la sangre.
Linajes celulares En el tejido sanguíneo nosotros podemos encontrar 2 componentes: el plasma y los elementos figurados de la sangre, que son las células que se encuentran en el tejido sanguíneo. El plasma es una mezcla de agua, proteínas y otros electrolitos que permiten realizar distintas funciones en la sangre. Mientras que los elementos figurados de la sangre son 3 líneas celulares principalmente: los glóbulos rojos (eritrocitos), los glóbulos blancos (leucocitos) y las plaquetas (trombocitos). Eritrocitos Estas células tienen una forma de discos bicóncavos, y tienen la característica de no tener núcleo celular, lo cual no significa que sean células procariotas, sino que estas células han evolucionado tanto a través del tiempo para realizar su función, la cual es el transporte de los distintos gases (O2, CO2, etc.) desde los pulmones hasta los tejidos periféricos. Los eritrocitos realizan sus funciones gracias a su estructura, en su citoplasma contienen una proteína cuaternaria que se denomina hemoglobina, cuya función principal es la de unión del O2 para su transporte al resto de tejidos. Su membrana, que tiene varios componentes (espectrina, ankirina, proteína de banda 1,3, etc), los cuales le permiten al eritrocito atravesar los capilares, permiten su deformación para atravesarlos sin problemas. Los eritrocitos miden aproximadamente 7.5 um y se encuentran en la sangre en número de 3.5 a 5.5 X106, su número depende de varios factores, entre ellos se mencionan: altura (la presión de oxígeno), sexo, edad y raza. Leucocitos Los glóbulos blancos son células que se encargan de la defensa del organismo, de forma didáctica los podemos dividir en dos grupos: los granulocitos y los agranulocitos. Granulocitos
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Neutrófilos: los neutrófilos son células que se encargan de la fagocitosis de los microorganismos patógenos que podrían atacar al cuerpo humano, presentan tanto gránulos azurófilos, como específicos, y su núcleo se encuentra segmentado, por lo
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que también se los conoce como polimorfonucleares, y en sus formas juveniles, su núcleo aún no se segmenta por lo que se los denominada en “cayado”, porque su núcleo tiene forma de C. Se encuentran en número de 4000 a 6000 cel/ml de sangre. Eosinófilos: los eosinófilos son células que se tiñen de un color rosado ante la tinción, de ahí su nombre, tienen gránulos que contienen sustancia P, la cual es importante para la destrucción de parásitos helmintos (gusanos), y también se encuentran envueltos en reacciones de hipersensibilidad, mediadas por IgE. Se encuentran de 50 a 500 cel/ml de sangre. Basófilos: estas células tienen gránulos que se pintan fuertemente de color azul, y en su interior contienen una sustancia llamada histamina, la cual se encarga de la dilatación de los vasos sanguíneos y la constricción de los bronquios respiratorios, y se liberan en estados de alergia. Estas células, al entrar en el tejido conectivo, producen las células cebadas. Se encuentran de 0 a 150 cel/ml de sangre. Agranulocitos:
Linfocitos: tenemos 2 tipos de linfocitos, los T (de timo) y los B (Bone marrow), los cuales revisaremos con mayor detalle más adelante en el mismo capítulo, pero como introducción, ellos son los encargados de la defensa adaptativa o específica y se encuentran en número de 1000 a 4000 cel/ml de sangre. Tienen un núcleo grande en relación a su citoplasma. Monocitos: los monocitos son las células precursoras de los macrófagos en el tejido conectivo, y se encuentran en número de 100 a 450 cel/ml de sangre. AGRANULOCITOS LINFOCITOS MONOCITOS
NEUTRÓFILOS
GRANULOCITOS BASÓFILOS
EOSINÓFILOS
Plaquetas Las plaquetas son células que se encargan de la coagulación, no son células propiamente dichas, son fragmentos celulares que provienen de un tipo celular llamado megacariocito, se encuentran en número de 250 000 a 450 000 células por ml de sangre y en su interior presentan gránulos alfa y gránulos densos, que ayudan en su función de la coagulación.
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Formación de las células sanguíneas Todas las células de la sangre antes descritas provienen del mismo progenitor en la médula ósea que se conoce como la célula madre hematopoyetica, esta célula produce cada uno de los linajes los cuales se dividen en 2 el linaje linfoide y el linaje mieloide (eritrocitos, neutrofilos, basofilos, eosinofilos, plaquetas y monocitos). Todos los estadios de cada célula se resumen en la siguiente
imagen.
Sistema inmunológico Para la defensa del organismo nosotros tenemos un sistema especializado que se denomina sistema inmune, este sistema es el encargado de defendernos en contra de organismo que nos quieran afectar, denominados patógenos; aunque también nos defiende de sustancias químicas que puedan alterar la función del cuerpo. Jorge
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El sistema inmunitario de nuestro organismo lo podemos dividir en dos grandes grupos: Sistema inmunitario innato El sistema innato cuenta con todas las estructuras que se encargan de brindarnos una primera respuesta ante un patógeno, esta respuesta es rápida e inespecífica, entre sus componentes tenemos: Piel: el sistema tegumentario es nuestra primera barrera de defensa, no solo nos brinda una barrera física que nos defiende contra patógenos, sino también secreta sustancias (defensivas), que nos ayudan a destruir patógenos Fagocitos: son células que se encargan de fagocitar a las bacterias y destruirlas dentro de su citoplasma, entre ellas podemos encontrar a los neutrófilos y macrófagos. Complemento: es un grupo de proteínas que ayudan a la destrucción de ciertos patógenos que cumplan ciertas características. Linfocitos (NK): a diferencia del resto de linfocitos, ellos son inespecíficos y nos ayudan para la defensa de virus y células tumorales.
Sistema inmunitario innato
Sistema inmunitario adquirido El sistema inmunitario adquirido se da después que el innato, y a diferencia del anterior, este requiere de un tiempo para poder activarse, pero es mucho más específico que el innato; así que este actúa de una manera mucho más eficaz en contra de la eliminación de patógenos, este lo podemos dividir en dos tipos: Defensa humoral: la defensa humoral hace referencia a la producción de anticuerpos, los anticuerpos son proteínas que nuestro cuerpo produce en contra de un antígeno, mientras que un antígeno es cualquier molécula que es capaz de despertar la respuesta del sistema inmune. Las células encargadas de producir anticuerpos son los linfocitos B y las células plasmáticas Jorge
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Defensa celular: este tipo de defensa sirve para ayudar a las células que están fagocitando o produciendo anticuerpos a que puedan hacerlo de una forma más adecuada mediante la producción de citosinas, los encargados de este proceso son los linfocitos CD4 o Helper. Mientras que, por otro lado, tenemos un grupo de células que se encargas de destruir a células que se encuentran infectadas por bacterias o virus; también nos ayudan en la defensa de células tumorales, para que estas no se desarrollen, estas células se denominan linfocitos CD8 o citotóxicos.
Sistema Inmunitario adquirido.
Hipersensibilidad La hipersensibilidad se produce cuando nuestro cuerpo reacciona de una manera inapropiada a los antígenos ajenos, por lo que no solo causan la desaparición del patógeno, sino que también causan daño al organismo. Se ha clasificado a la hipersensibilidad según el tipo de mecanismo que tiene para producir el daño de la siguiente forma. HIPERSENSIBILIDAD I o inmediata
MECANISMO Es mediada por la IgE, la cual se une a los receptores de los basófilos y eosinófilos y los activa, para que secreten sus gránulos II o mediada por Se crean anticuerpos contra las receptor células del organismo, los cuales pueden ser activadores (agonistas), o producir su bloqueo (antagonistas) III o mediada por Los anticuerpos al unirse a su inmunocomplejos antígeno se depositan en los capilares de los tejidos, y ahí producen daño al tejido donde se inserten.
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EJEMPLO Anafilaxia
Enfermedad de graves
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IV o tardía
Esta hipersensibilidad es mediada por Test de montoux. los linfocitos T citotoxicos (CD8) y se caracteriza por que la reacción tarda en iniciarse
ORGANOS DE LOS SENTIDOS El sentido del olfato Se encuentra constituido por un Aparato receptor, el sistema de transmisión, centros primarios intracraneanos, centros corticales, vías de asociación Las fosas nasales se encuentran limitadas por paredes óseas que son: pared superior, inferior, interna, externa y dos orificios un anterior y un posterior La mucosa nasal o pituitaria tapiza las paredes y se prolonga en las cavidades paranasales. El aparato receptor se encuentra situado en la mucosa pituitaria de la parte superior de las fosas nasales, extendido hacia la parte superior del tabique y hacia el cornete superior y regiones adyacentes.
Sentido del tacto El sentido del tacto es aquel que permite a los organismos percibir cualidades de los objetos y medios como la presión, temperatura, aspereza o suavidad, dureza, etc. En el ser humano se considera uno de los cinco sentidos actuales. El sentido del tacto se halla principalmente en la piel, órgano en el que se encuentran diferentes clases de receptores nerviosos que se encargan de transformar los distintos tipos de estímulos del exterior en información susceptible para ser interpretada por el cerebro. La piel se divide en tres capas: epidermis, que es la capa superficial, la dermis y la hipodermis que es la capa más profunda. La epidermis está constituida por tejido epitelial y en su estrato basal o germinativo encontramos la denominada melanina, que es el pigmento que da color a la piel, y la dermis por tejido conjuntivo. En esta capa encontramos los anejos cutáneos que son las glándulas sebáceas, las glándulas sudoríparas, el pelo y las uñas y la hipodermis formada por tejido conjuntivo adiposo. Jorge
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Debemos tener en cuenta que aunque principalmente el sentido del tacto se encuentra en la piel, también lo encontramos en las terminaciones nerviosas internas del organismo, pudiendo percibir los altos cambios de temperatura o el dolor. Por lo que es el más importante de los cinco sentidos permitiéndonos percibir los riesgos para nuestra salud tanto internos como externos. La parte que gobierna el tacto en el cerebro es el lóbulo parietal.
Sentido de la visión El ojo es el órgano de la visión y está formado por el globo ocular y el nervio óptico, la cavidad orbitaria contiene el ojo y sus apéndices (músculos extrínsecos), la región orbitaria es el área de la cara superpuesta a la órbita y al globo ocular, e incluye los párpados superior e inferior y el aparato lagrimal. Constitución del globo ocular Mide aproximadamente 23 a 24mm de diámetro, está rodeado posteriormente por la vaina fascial del globo ocular (fascia bulbar o cápsula de Tenon); y hacia adelante por la conjuntiva bulbar, el espacio epiescleral, situado entre la vaina fascial y la capa externa del globo ocular facilita los movimientos oculares. Las dimensiones principales que caracterizan la geometría del globo ocular son el eje antero-posterior con una dimensión promedio de 24 mm, en el plano ecuatorial, el eje horizontal presenta un valor de 23,5 mm., el eje vertical es ligeramente más corto con una dimensión de 23 mm, radio anterior de curvatura de la córnea de 7,11 mm. Continente del globo ocular
Túnica externa: esclerótica y córnea Túnica media o vascular: coroides, cuerpo ciliar, iris. Túnica interna: nerviosa o retina
Contenido del globo ocular El humor acuoso es un líquido incoloro producido por los procesos ciliares y que se ubica en las cámaras anterior y posterior del ojo. Drena en el seno venoso de la esclera situado en el ángulo iridocorneal. La cámara anterior es un espacio ubicado entre la córnea y el iris-pupila, posteriormente, la cámara posterior se encuentra entre el iris pupila y el cristalino-cuerpo ciliar hacia atrás. El Cristalino. - es una lente biconvexa transparente y elástica que se encuentra entre el iris y el cuerpo vítreo, está cubierta por una cápsula elástica, por medio de la cual se une a los procesos ciliares a través de las fibras zonulares de la zónula ciliar o de Zinn (ligamento suspensorio) Jorge
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Aparato suspensor, Zónula de Zinn. - van de la cara interna del cuerpo ciliar a la periferia del cristalino, forman una membrana circular cuya parte periférica se interpone entre los procesos ciliares y el cuerpo vítreo. El cuerpo vítreo. - ocupa las 2/3 partes del globo ocular, está ubicado entre el cristalino y la zónula adelante, y la retina atrás; en su parte anterior está deprimido por la cara posterior del cristalino (fóvea patellaris), otra depresión se encuentra en la papila, está constituido por la membrana hialoidea que rodea al humor vítreo. El humor vítreo. - es un líquido transparente de consistencia gelatinosa, se encuentra atravesado por el conducto hialiodeo (Cloquet-Stilling)
Aparato de la audición El oído es el órgano receptor de las ondas acústicas para ser transportadas por las vías auditivas a la corteza auditiva (temporal), también asegura el equilibrio a través de las vías vestibulares. Se encuentra constituido por tres partes:
Oído externo: constituido por estructuras que permiten la recepción de las ondas acústicas y las transmiten al oído medio. Oído medio: constituido por estructuras que transmiten las vibraciones producidas por las ondas acústicas hacia el oído interno. Oído interno: formado por cavidades óseas que contienen vesículas membranosas y donde se encuentran los receptores nerviosos para la audición y el equilibrio. Oído interno
Está formado por cavidades óseas excavadas en el espesor de la porción petrosa del temporal, constituyen el laberinto óseo, en cuyo interior existe una serie de sacos que forman el laberinto membranoso, el laberinto membranoso contiene la endolinfa, y por fuera de esta se encuentra la perilinfa, en las paredes del laberinto membranoso se encuentran los receptores nerviosos. Oído medio Es una cavidad llena de aire excavada en el hueso temporal, situada entre el oído externo y el oído interno, contiene una cadena de huesecillos. Consta de:
Cavidad timpánica Trompa auditiva (Eustaquio) Celdas mastoideas Oído externo
Está constituido por dos partes: Pabellón auricular: lámina cartilaginosa revestida de piel, plegada sobre sí misma y que se encuentra por detrás de la articulación temporomaxilar y por delante de la apófisis mastoides. Jorge
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Conducto auditivo externo: va desde la concha de la oreja hasta la membrana timpánica. Tiene dos porciones: una cartilaginosa y otra ósea, ambas revestidas de piel.
Sentido del gusto Es el sentido responsable de la percepción de los sabores principalmente gracias a las yemas o papilas gustativas, y las sensaciones gustativas primarias se dividen en las siguientes a) Sabor agrio: este sabor está causado por los ácidos, es decir, la concentración del ion hidrógeno y la intensidad de esta sensación es similar o proporcional al logaritmo de la concentración del ion hidrógeno, esto es, cuanto más ácido sea un alimento más acido lo siente nuestra lengua. b) Sabor salado: se despierta por las sales ionizadas, especialmente por la concentración del ion sodio, por lo tanto los cationes de las sales sobre todo el catión sodio son los responsables del sabor salado, aunque los aniones contribuyen en menor medida. c) Sabor dulce: entre los causantes de este sabor están los azúcares, glicoles, alcoholes, aldehídos, cuerpos cetónicos, amidas, esteres, algunos aminoácidos, algunas proteínas pequeñas. d) Sabor amargo: este, al igual que el sabor dulce, no se origina por varias sustancias, dos clases de sustancias son las principales 1) las sustancias orgánicas de cadena larga que contienen nitrógeno y 2) los alcaloides Sabor umami: la palabra umani tiene un origen japonés que significa “delicioso” se utiliza para designar una sensación gustativa agradable que resulta diferente desde el punto de vista cuantitativo, se da por estimulación del receptor gustativo para el L-glutamato, y se estimula por los alimentos que contienen este receptor
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NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA VIDA Niveles de organización En la materia viva existen varios grados de complejidad, denominados niveles de organización. Dentro de los mismos podemos diferenciar niveles abióticos (materia no viva) y niveles bióticos (materia viva). Los diferentes niveles son:
Nivel subatómico: •Integrado por las partículas subatómicas que forman los elementos químicos (protones, electrones, neutrones). Nivel atómico: •Son los átomos que forman los seres vivos y que denominamos bioelementos: primarios( función estructural), secundarios (función estructural y catalítica) y oligoelementos o elementos vestigiales ( función catalítica). Nivel molecular: •En él se incluyen las moléculas, formadas por la agrupación de átomos (bioelementos). A las moléculas orgánicas se les denomina Biomoléculas o Principios inmediatos. Estos principios Inmediatos los podemos agrupar en dos categorías, inorgánicos (agua, sales minerales, iones, gases) y orgánicos (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) Nivel celular: •Donde encontramos a la célula (primer nivel con vida). Dos tipos de organizaciones celulares: Eucariota (Células animales y vegetales) y Procariota (la bacteria). Nivel pluricelular: •Constituido por aquellos seres formados por más de una célula. Surge de la diferenciación y especiación celular. En él se encuentran distintos niveles de complejidad: tejidos (son conjuntos de células de origen y forma parecida que realizan las mismas funciones), órganos (conjunto de tejidos diferentes que realizan actos concretos), sistemas (son conjunto de órganos parecidos, al estar constituidos por los mismos tejidos) y aparatos (formado por órganos que pueden ser muy diferentes entre sí, realizan actos coordinados para construir lo que se llama una función biológica) Nivel población •Los individuos de la misma especie (aquellos que son capaces de reproducirse entre sí y tener descendencia fértil) se agrupan en poblaciones (individuos de la misma especie que coinciden en el tiempo y en el espacio
Nivel ecosistema •Las poblaciones se asientan en una zona determinada donde se interrelacionan con otras poblaciones (COMUNIDAD O BIOCENOSIS) y con el medio no orgánico (BIOTOPO). Esta asociación configura el llamado ECOSISTEMA.
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Reinos de la Biología Los organismos vivos para su estudio se engloban en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Dentro del dominio de Eukarya se encuentran los reinos: protista, fungi, plantae y animalia, todos ellos organizados por células eucariotas. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria incluyen el reino Eubacteriae. El dominio Archaea abarca las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariotas. Los cinco reinos de la vida agrupan a los tres millones de clases de seres vivos que incluyen microorganismos, plantas y animales. Clasificación Animalia
- Multicelulares, eucarióticos y heterótrofos. - Incluye vertebrados e invertebrdos. - Mamíferos, reptiles, peces, aves
Plantae - Multicelulares, eucarióticos, autótrofos (realizan fotosíntesis). - Células con pared externa. - Pino, ciprés, eucalipto, rosa, maíz, trigo
Fungi - Multicelulares, eucarioticos, heterótrofos. - Poseen paredes celulares que contienen quitina - Inluyen hongos, levaduras, zetas, mohos. Son descomponedores primarios.
Protista - Unicelulares o multicelulares eucariotas. - Carecen de sistemas orgánicos complejos. - Incluyen protozoos, flagelados, ciliados.
Archeobacter - Proteobacterias, unicelulares procariotas - Se encuentran en ambientes extremos. - Incluyen los filums metanógenos, halófilos, termoacidófilos
Eubacter - Llamadas bacterias verdaderas. - Unicelulares, procariotas con variedad de tipos metabolicos y estructuras (pili, flagelos) - Incluye Streptococcus, Treponemas, Helycobacter.
Debido a la elevada variedad de la vida se han establecido numerosos niveles de clasificación denominados taxones. El nivel de Reino era hasta hace poco el nivel superior de la clasificación biológica. En las clasificaciones modernas, el nivel superior es el Dominio o Imperio; cada uno de los cuales se subdivide en Reinos, los Reinos, a su vez, pueden organizarse en Filos, etcétera. Los niveles más importantes de la clasificación biológica se muestran a continuación: Jorge
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(Taiz & Zeiger, 2006). La organización taxonómica de los reinos de la vida. El nombre científico de una especie en nomenclatura binomial está dado por el género y la especie.
BIOLOGÍA ANIMAL Sistema circulatorio de los animales Los animales tienen dos tipos principales de sistemas circulatorios: abierto o cerrado. Sistema circulatorio abierto Los sistemas circulatorios abiertos se encuentran en muchos invertebrados, entre ellos, los artrópodos, crustáceos, arañas, insectos y los moluscos como caracoles y almejas. Estos animales tienen 1 o más corazones, una red de vasos sanguíneos y un espacio abierto grande dentro del cuerpo llamado hemocele. El corazón bombea sangre a través de vasos que vacían al hemocele, dentro del hemocele la sangre baña directamente a los tejidos y órganos internos. Cuando el corazón se relaja, la sangre regresa a los vasos sanguíneos a través de las aberturas de las válvulas. En la siguiente imagen se puede observar la circulación abierta de un insecto.
(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio abierto.
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Sistema circulatorio cerrado Los sistemas circulatorios cerrados también se encuentran en varios invertebrados como la lombriz de tierra y los moluscos muy activos como los calamares y pulpos. Sin embargo, son característicos de todos los vertebrados, incluido el ser humano. En los sistemas circulatorios cerrados, la sangre está confinada al corazón y a una serie continua de vasos sanguíneos, estos sistemas permiten un flujo más rápido de la sangre, un transporte más eficiente de los desechos y nutrientes, además de generar una presión sanguínea más alta que en los sistemas abiertos. En la siguiente imagen se puede observar un sistema circulatorio cerrado de animales vertebrados.
(Texas Heart Institute, 2016). Sistema circulatorio cerrado de varios vertebrados.
Sistemas Ambientales En 1869, el biólogo alemán Ernest Haeckel acuñó el término ecología a partir de dos palabras griegas: oikos que significa “casa” o “lugar donde se vive” y logos que significa “estudio de”. La ecología es el estudio de cómo interactúan los organismos entre sí y con su ambiente no vivo de energía y materia.
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SISTEMAS AMBIENTALES
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Relaciones no lineales: Pequeñas causas pueden tener grandes efectos en dicho sistema
Sistema: Conjunto estructurado de componentes y variables que muestran relaciones entre ellos y operan en conjunto como todo un complejo de acuerdo con las pautas observadas.
COMPLEJIDAD:
Diferentes estados de equilibrio de los elementos integrados llevando a tener procesos que algunos casos pueden ser irreversibles. Existencia de varios efectos para una misma causa (divergencia). Los efectos son causas de sus causas y hacen que el comportamiento del sistema es más difícil de predecir. Sistemas imposibles de reproducir con exactitud en un ambiente controlado de laboratorio.
Propiedades sistemas ecológicos
IMPOSIBILIDAD DE CONTROL
Cada intento por separar solo una porción del sistema implica una modificación, distorsión de todo el sistema en sí. Se recomienda experimentos in situ, ya que supone un gran instrumento de análisis del entorno sin afectar en cada uno de los componentes del sistema estudiado.
IRREPETITIBILIDAD DE LAS MEDICIONES:
Cada vez que se observa un fenómeno natural, dicho evento se ejecuta de manera única e irrepetible volviéndose imposible su análisis detallado y exacto. Por ejemplo en una tormenta eléctrica cada uno de los rayos desprendidos de este sistema, su intensidad y frecuencia, así como cantidad, son únicos en cada evento que se produzca.
Cada sistema en la naturaleza cuenta además con diferencias en cuanto a su locación y temporalidad observada, comportándose de maneras muy diferentes en cada una de ellas. Ante ello los sistemas ambientales demandan de un esfuerzo multidisciplinario por diferentes áreas del conocimiento como: biología, hidrología, ecología, geología etcétera.; y su interacción con medios biológicos para poder interpretar adecuadamente cada uno de los elementos integrados en cada uno de los sistemas ambientales.
Sistemas de sustentación de la vida en la tierra La Tierra, un planeta dinámico que experimenta cambios a corto y largo plazo, en respuesta a las cambiantes condiciones ambientales causadas por los procesos naturales y por nuestras actividades, en él, se tiene la interacción de partes importantes para el sostenimiento de la vida, como lo son:
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Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
(Educanimando, 2016). Nuestro sistema de sustentación de la vida.
Atmósfera -
Capa muy fina, solo el 0,5% del radio terrestre (30 km acumulan el 99% de la masa de la atmosfera) Formada por una mezcla de gases y partículas en suspensión Ligadas a la superficie terrestre por la fuerza de la gravedad. Nuestra atmósfera moderna está conformada por diferentes gases: Gases permanentes
Concentración prácticamente constante en espacio y tiempo (tiempos de residencia del orden de miles de años, masa gas/tasa de eliminación). Componente Nitrógeno Oxígeno Argón Neón Helio Hidrógeno Xenón Criptón Jorge
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Símbolo N2 O2 Ar Ne He H Xe Kr 6
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% en volumen (aire seco) 78.08 20.95 0.93 0.0018 (18 ppmv) 0.0005 (5ppmv) 0.00005 (0.5 ppmv) 0.08 ppmv 0.00011 (1.1 ppmv)
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Gases variables Su concentración depende del tiempo y de la posición.
Componente Vapor de agua
Símbolo H2O
Dióxido carbono Ozono
de CO2 O3
Metano
CH4
Observaciones Entre 0 y 5% en volumen. Depende de la temperatura del aire y de la presencia de fuentes de humedad. Hoy en día unas 350 ppmv. Depende de procesos naturales (respiración, disolución en el mar) y antropogénicos (combustibles fósiles). Depende de la radiación solar y de la circulación atmosférica (cambios estacionales). Reacciones con CFCs. Concentración actual 1.7 ppmv. Está aumentando un 0.6% cada año, probablemente por actividades humanas. Actualmente 0.3 ppmv. Combustibles fósiles Actualmente entre 0.05 y 0.2 ppmv. Gas venenoso en altas concentraciones. Combustibles fósiles
Óxido nitroso N2O Monóxido de CO carbono
A medida que la atmósfera avanza hacia el espacio presenta variaciones en su composición, las capas de la atmósfera se definen en función de la evolución de la temperatura con la altura:
Con formato: Izquierda, Sangría: Izquierda: 1,27 cm, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
CAPAS DE LA ATMÓSFERA
TROPOSFERA
MESOSFERA
ESTRATOSFERA
Su espesor depende de la latitud. 16 km en los trópicos y 8 km en los polos.
Capa más cercana al suelo. La temperatura disminuye con la altura (en promedio 6.5 ºC/km). Presencia de fenómenos meteorológicos.
IONOSFERA
Altura aproximada de 50 km.
Se extiende entre los 50 y los 80 km aproximadamente.
Sinónimo: Termosfera.
Alberga la “capa de ozono” (20-30 km).
La temperatura desciende con la altura.
Se encuentra a 500km de altura.
Capa extremadamente estable y con escasos movimientos verticales.
La fuente de energía en esta capa es el calor de la estratosfera
La temperatura aumenta con la altura debido a la absorción de la radiación UV en la capa de ozono
Con formato: Normal, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La radiación solar descompone las moléculas de N2 y O2 formando capas ionizadas y causando el aumento de la temperatura.
EXOSFERA:
Es la última capa atmosférica, se encuentra a 9600km.
No existe gravedad en este punto y los átomos que llegan hasta aquí escapan al espacio.
Con formato: Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
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Hidrósfera -
La hidrósfera actual del planeta incluye: - Mares con un 71% - Ríos, lagos, agua subterránea y nieve que es agua dulce con un 3%, del cual el 98% de esta última se encuentra congelada en los polos.
Ciclo del Agua Es uno del ciclo más importante para la vida en la tierra, en donde ocurren cambios físicos del agua debido a la interacción con el ambiente. El ciclo hidrológico del agua tiene dos tipos que son: -
-
Ciclo interno: En el que el agua que se encuentra en el manto de la tierra sale a través de erupciones volcánicas y fuentes hidrotermales y se combina con el agua de la superficie de mares, lagos u océanos. Ciclo Externo: o también llamado ciclo hidrológico del agua, comienza con la evaporación del agua de los océanos y a medida que el vapor de agua asciende reduce su temperatura condensándose y volviendo a su estado líquido formando la lluvia, y si esta agua cae en regiones muy frías se transforma en hielo, su estado sólido. Esta interacción constante del agua con el ecosistema le permite establecer distintas fases a medida que cambia su estructura física: Evaporación, Condensación, Precipitación, Infiltración, Escorrentía, Fusión y Solidificación.
(Universidad Complutense de Madrid, 2014). Ciclo Hidrológico.
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Geosfera -
Composición química: La composición de rocas y suelo fundamentalmente se conforman por: Magnesio 2%, hierro 5%, sodio 3%, potasio 3% y fósforo 2%, calcio 3%, aluminio 8%, silicio 27%; además de CO2 y H2O. Estos elementos se unen en el manto y al ascender a la corteza denominándolas minerales.
-
Conforme la tierra comenzó su proceso formativo tuvo una serie de cambios estructurales importantes, conforme estos de realizaban a través de millones de años el planeta fue formando diferentes estructuras. -
El núcleo: se encuentra en la parte interna del planeta, se compone principalmente de dos estructuras: un núcleo interno formado por elementos densos que migraron hacia el núcleo como: hierro (Fe) 80%, níquel (Ni) y un núcleo externo que rodea al primero que se encuentra formado por hierro, níquel y otros elementos más ligeros como: oro, mercurio, uranio etcétera. La importancia de esta estructura radica en los movimientos de rotación que tiene el núcleo interno respecto a la tierra conocida como efecto corolis, lo que permite a la tierra generar su campo electromagnético que interactúa con el campo electromagnético del sol evitando que este pueda afectar la atmósfera terrestre (pérdida de la vida en el planeta).
-
El Manto: una esfera de 3000km de espesor que recubre al núcleo, se encuentra estructurada principalmente de hierro y magnesio. Estos elementos no se encuentran fundidos ya que la temperatura a la que se encuentran es menor a la de núcleo, pero al encontrarse en contacto con este permite un flujo de partículas y calor desde la parte interna hacia la parte externa y viceversa, lo que se conoce como corrientes de convección.
-
Corteza: es una fina capa externa del planeta, se encuentra a una temperatura muy inferior a las anteriores y esto le permite poseer una estructura sólida, pero con una densidad mucho menor al manto; esto le permite desplazarse por encima de él y lo conocemos como el movimiento de placas continentales. Podemos igualmente distinguir dos tipos de corteza:
Corteza continental:
Con formato: Se encuentra formando continentes e islas, su espesor es de 13 y 65 km y presenta diversasIzquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. irregularidades que conocemos como cordilleras, valles, etcétera. Esta estructura cubre el 35%8 del planeta y es en donde se asienta una gran diversidad de organismos vivos.
Corteza oceánica:
Presenta un espesor de 6 a 12km y es mucho más densa que la anterior, forma todo el fondo de los océanos y pueden llegar a formar cordilleras y formaciones volcánicas que al liberar su magma dan origen a islas como por ejemplo las Islas Galápagos.
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Biosfera -
Todo el dominio donde se encuentra la vida. Zona de vida relativamente delgada, de 20 km, que se extiende desde el lecho más profundo de los océanos hasta la cúspide de las montañas más altas.
A un sistema ecológico mayor se lo conoce como ecósfera, término que abarca todos los organismos vivos en la tierra (existentes en la biosfera) integrados con el espacio físico en el que habitan, formando una gran red de interacción con un constante flujo de energía cuya principal fuente es el sol.
Crecimiento, regulación y cambio poblacional En un biotopo se encuentra un gran número de individuos de una misma especie y esta agrupación se conoce como población. Todas las plantas, los microorganismos y los animales de una comunidad interaccionan de diferentes formas como por ejemplo por competencia, por alimento o lugares de reproducción, por lo tanto una población es un grupo de organismos de la misma especie que responden a los mismos factores ambientales y se mezclan libremente unos con otros, y una comunidad hace referencia a la interacción entre individuos de varias especies. A nivel de población se desea conocer que tan grande debe ser el tamaño de la población para garantizar que se produzcan suficientes descendientes con el fin de que la población persista. También nos interesa saber si en la existe suficiente variabilidad genética para permitir la adaptación evolutiva a cambios ambientales. Se define una especie como una población o un grupo de poblaciones que están aisladas genéticamente de otras especies.
Interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema En Ecología se denomina nicho ecológico a la posición de interacción de una especie o una población en el ecosistema; es decir, es la función u ocupación (profesión) que desempeña un individuo o una población en un ecosistema, también describe no solo a factores bióticos, sino además a factores abióticos y antrópicos con los que los organismos se relacionan. En algunos casos, con la introducción de especies a ecosistemas diferentes, existe un desequilibrio, ya que dichas especies entran en competencia con especies autóctonas por un mismo nicho ecológico y esto genera un desplazamiento de estas últimas sobre población de las primeras generando plagas que alteran seriamente el ecosistema. Las interrelaciones entre los seres vivos de un ecosistema se pueden clasificar en asociaciones: Asociaciones intraespecíficas Llamamos asociaciones a las relaciones entre los individuos de la misma o varias especies para conseguir un objetivo. Las intraespecíficas son las que se ocurren entre individuos de una misma especie. Las poblaciones las podemos organizar de diferentes maneras. Los miembros de las poblaciones pueden vivir aislados o forman familias. La familia: es un grupo que está formado por individuos que tienen relaciones de parentesco. En la familia hay dos partes diferenciadas: los individuos reproductores y los descendientes jóvenes. Jorge
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MODELOS DE FAMILIA
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Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
Monógama
Constituida por una pareja de reproducción y su prole
Polígama
Consta de un macho y varias hembras o de una hembra y varios machos.
Matriarcal
Formada por una hembra y las crías. La hembra se encarga del cuidado de las crías y el macho las abandona
Patriarcal
Constituida por el macho y las crías. En este caso es la hembra la que los abandona y el macho el que se encarga del cuidado de las crías
Poblaciones gregarias
Estas poblaciones se dan cuando individuos de diferentes especies que durante la mayor parte de su vida viven aislados, en determinadas épocas se reúnen formando grupos. Constituyen entonces las poblaciones gregarias.
Colonias
Se dan en organismos marinos. La unión entre los miembros de la colonia es tan grande que es muy difícil distinguir a cada uno de ellos.
Sociedades
Solo se dan en insectos. Los individuos que forman una sociedad son distintos unos de otros y tienen diferentes funciones.
Asociaciones interespecíficas
Con formato: Título 4, Sangría: Izquierda: 0 cm, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto
Estas asociaciones se producen entre individuos de distintas especies, entre poblaciones diferentes. -
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Competencia interespecífica: es la relación que se produce entre los individuos de dos o más especies, que viven en un mismo lugar y tienen necesidades semejantes. Cuando dos o más especies ocupan el mismo nicho ecológico, tienen las mismas necesidades en su vida cotidiana, de modo que competirán resultando una de ellas ganadora y desplazando al resto. Normalmente las especies que ocupan un mismo hábitat tienen nichos diferentes. Depredación: es la relación por la cual los individuos de una especie se comen a los de otra sin que estos últimos desaparezcan. Los individuos pueden ser depredadores de ciertas especies y a la vez presas de otras. Simbiosis: llamamos simbiosis a la relación entre individuos de dos especies que se proporcionan beneficio mutuo. Con esto queremos decir que sobreviven mejor juntos que separados. Hay simbiosis temporales y permanentes. Parasitismo: es cuando una especie vive a expensas de otra sin causarle directamente la muerte. El beneficio es para el parásito y el perjudicado el hospedador. Según el lugar donde viven podemos hablar de ectoparasitismo y endoparasitismo. Mucho se han relacionado las afecciones causadas por parásitos intestinales en el cuerpo humano, pero en estos últimos años se ha evidenciado el rol importante de ciertos parásitos como el Ascaris lumbricoides en la modulación de la respuesta inmunitaria.
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Comensalismo: este tipo de interacción se origina cuando una especie se beneficia de otra y esta segunda no se ve afectada por dicha interacción. Un ejemplo muy claro se da en los océanos cuando una ballena o tiburón surcan sus aguas, se puede observar que ligados a estos mamíferos se encuentran pequeños peces que se alimentan de los residuos que desechan. Mutualismo: este tipo de relación se presenta cuando ambas especies al relacionarse logran beneficiarse mutuamente hasta el punto en que una no puede vivir sin la otra en un estrecho vínculo de cooperación. Un ejemplo que podemos encontrar en la amazonia ecuatoriana es el mutualismo entre la planta de genero Tococa sp de la familia Melastomataceae y hormigas de la familia Formicidae, las cuales protegen a la planta de otros predadores y le permite copar mayores extensiones de terreno al eliminar a otros organismos como plantas y hongos. Estas hormigas como beneficio reciben ácido fórmico de la planta lo que les da un color verdoso y su sabor es ácido. El mutualismo puede diferenciarse en: - Mutualismo facultativo: en el que pueden vivir uno sin el otro. Ejemplo: insectos polinizadores y plantas. - Mutualismo obligado: en el que los individuos necesitan permanecer asociados para vivir. Ejemplo: la asociación entre leguminosas y bacterias que metabolizan compuestos nitrogenados.
Por otro lado, los organismos presa han desarrollado mecanismo de defensa ante sus depredadores. Algunas plantas por ejemplo han desarrollado un crecimiento alto para poder captar mayor cantidad de luz u hojas más anchas para poder hacerlo; otras han desarrollado la formación de espinas o venenos para evitar ser consumidas; o la generación de una mayor cantidad de semillas fértiles para copar más espacio con su reproducción. Mientras tanto, organismos carnívoros han desarrollado colores opacos o similares a los ecosistemas que habitan brindándoles un mimetismo ante otros depredadores o coloraciones llamativas en intensas para simular que son peligrosas cuando en realidad no lo son.
Ecosistemas En un concepto más amplio, el ecosistema permite estudiar comunidades y dentro de ellas poblaciones, las mismas que se encuentran constituidas por individuos. Un ecosistema es, por lo tanto, una mínima unidad de funcionamiento de la vida; su interrelación entre diferentes ecosistemas es difícil de establecer y separar entre unos y otros; a este espacio de interacción también se lo conoce como ecotono y presenta una gran diversidad de especies producto de la interacción de ambos ecosistemas. No existen ecosistemas iguales o como las mismas estructuras, cada uno es diferente y único en comparación con los demás, por ejemplo: desiertos, bosques lluviosos, bosques nublados, ecosistemas marinos etcétera. Así como difieren los ecosistemas en su estructura, todos presentan dos componentes principales:
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Parte biótica: La conforma todo componente orgánico del ecosistema, cada uno de los elementos que constituyen las diferentes poblaciones son interdependientes del otro, formando lo que se conoce como cadenas tróficas. También se lo conoce como biocenosis. Además, incluye el entorno sociocultural del hombre, área urbana y rural, así como su patrimonio histórico y asentamientos humanos. Parte abiótica: Es todo compuesto inorgánico que se encuentra en el ambiente como la atmósfera, el suelo, el mar y las estructuras que los conforman como: O2, CO2, N2, P, H2O y otras sustancias inorgánicas que también forman parte de los organismos vivos, cada uno de los elementos que conforman esta parte del ecosistema interactúan y funcionan juntos en interdependencia.
Tipos de Biomas Los biomas son agrupaciones de ecosistemas que comparten “comunidad clímax” o “vegetación potencial” que son las que alcanzan el punto máximo de equilibrio. En conclusión son regiones bioclimáticas de características homogéneas que comparten el mismo clima, topografía, flora y fauna. Los biomas están definidos por factores abióticos y bióticos que presentan un gradiente de distribución según la latitud y la altitud. Biomas terrestres. Los biomas que se encuentran en la tierra y que poseen abundancia de vegetación son conocidos como biomas terrestres. Tienen muchas variaciones, dependiendo del clima, la vegetación y la ubicación de los mismos, los de mayor importancia son los siguientes: -
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Los biomas de la tundra son extremadamente fríos y con condiciones duras. Estos incluyen áreas de Rusia y el Ártico. Solo unos pocos tipos de plantas y animales pueden sobrevivir aquí, e incluso a los seres humanos se les hace muy difícil vivir en tales condiciones. El bioma de bosque se encuentra en áreas tropicales y subtropicales, estos tienen mucha humedad, lluvias abundantes y abundante vegetación. El bioma de los pastizales posee abundancia de plantas, pasto y flores. Tienen una estación lluviosa y una estación seca, es un tipo de medio ambiente con temperaturas decentes en todo el año. Como resultado, es más fácil para las plantas y animales ser capaces de sobrevivir. El bioma de desierto es el más caliente y más seco de todos los biomas terrestres. Las temperaturas extremas y la falta de lluvia pueden realmente tomar su peaje, el riesgo de incendio es muy alto también, lo cual puede resultar en muchas áreas quemadas.
Biomas de agua dulce: son aquellos biomas que se encuentran en agua dulce. La profundidad del agua, así como la temperatura determinará lo que habita en este tipo de bioma. Otro factor importante es la movilidad del agua, si esta se mueve o si está estancada. Cuando se piensa en los biomas de agua dulce, estos no necesariamente son grandes cuerpos de agua, ya que pueden incluir lagos, ríos, arroyos, lagunas y humedales. A veces, los organismos que viven solo tienen una única célula. Y su alimentación y supervivencia suele basarse en el agua Biomas marinos: cuando se hace referencia a cuerpos de agua gigantes, como los océanos, se hace referencia a biomas marinos. Contienen agua salada en lugar de agua dulce, en estos se incluyen los arrecifes de coral y los estuarios. Este tipo de bioma, es el más grande de todos los biomas en el mundo, pues gran parte de la superficie de la Tierra está compuesta por agua. Jorge
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Con formato: Descripción, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto
(Botanical, 2014). Distribución de los biomas en la Tierra.
Factores bióticos Todo factor biótico comprende varios niveles tróficos. Un nivel trófico es la posición o lugar que ocupan los diferentes organismos en el flujo de energía para la formación de nutrientes. Los diferentes eslabones de una cadena de flujo de energía son: a) Productores: a este grupo pertenecen todos los organismos que poseen clorofila, que les permite transformar la radiación solar en energía química para poder sintetizar macromoléculas y con ellas tejidos. Por esta capacidad reciben el nombre de autótrofos que en su mayoría son vegetales en el medio terrestre como musgos, hepáticas, helechos y espermatofitas. Y en el medio acuático algas macroscópicas, ciertas fanerógamas y el fitoplancton que habitan tanto aguas dulces como océanos. Todos estos organismos constituyen el primer eslabón de la cadena convirtiéndola en la base de la vida en el planeta. b) Consumidores: los organismos consumidores también se los conoce como heterótrofos. Son incapaces de fabricar sus propios nutrientes y por esta razón deben alimentarse de otros seres vivos para alcanzar su desarrollo. Entre un 60 a 90% del alimento que es ingerido por un organismo heterótrofo es oxidado a través de procesos metabólicos como la respiración celular en la mitocondria, lo cual le permite formar tejido para su desarrollo. Lo
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restante es excretado hacia el ambiente siendo un importante factor residual descartado la fibra y la celulosa, la cual gracias a los organismos descomponedores vuelve a ser reusada por los organismos autótrofos. Desde un punto de vista ecológico a los consumidores se los pueden clasificar en diferentes tipos: Primarioso herbívoros:
•Son aquellos que se alimentan exclusivamente de plantas, raíces u otras estructuras de los organismos autótrofos Secundarios o carnívoros: •Son aquellos que se alimentan de herbívoros para subsistir. En ecología, este tipo de interacción biológica en la que un individuo caza a otro individuo recibe el nombre de depredador y aquel que es consumido por este recibe el nombre de presa. Este proceso de interacción es una vía importante de acción en el proceso de selección natural en los ecosistemas, pasando la energía en un sentido ascendente en la cadena trófica de la presa al predador. Terciarios:
•Constituyen los máximos predadores que existen en la naturaleza y no tienen un predador superior. Cumplen un rol importante en cada ecosistema brindándole control y regulación de las poblaciones de los organismos inferiores a él, generando un equilibrio ecológico.
c) Descomponedores: son organismos que obtienen sus recursos mediante la degradación de materia muerta o restos orgánicos. Al realizar estos procesos convierten la materia orgánica en inorgánica y sales minerales que son reutilizadas por los organismos productores. Estos organismos cumplen un rol fundamental en los ecosistemas, devolviendo elementos a la red trófica ya que sin ellos elementos como: Hojarasca, leños y otras estructuras como tejido animal solo se acumularían en el suelo y no cumplirían con los ciclos de los elementos biogeoquímicos. Entre los principales organismos dentro de este grupo tenemos a los hongos y las bacterias.
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(Biografías y vidas, 2016). Pirámide trófica simplificada de un ecosistema mediterráneo.
5.2.1
Flujo de energía
La vida en la tierra depende en gran parte del flujo en un sentido de energía de alta calidad (utilizable) proveniente del sol a través de materiales y cosas vivas sobre o cerca de la superficie de la Tierra, luego en el entorno ambiental (principalmente como calor de baja calidad disperso en el aire o moléculas de agua a baja temperatura) y eventualmente en el espacio como radiación infrarroja. 5.2.1.1
El Sol: fuente de energía para la vida
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Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Sin viñetas ni numeración
La tierra recibe solo cerca de un mil millonésimo de la energía total que emite el Sol (gigantesca bola de fuego: 72% Hidrogeno y 28% de Helio). Cuando el espectro de energía electromagnética llega a nuestro planeta, gran parte de ella es reflejada o absorbida por sustancias químicas en parte de la atmósfera.
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(Educación ambiental, 2015). El flujo de energía hacia y desde la Tierra.
La energía al pasar a través de los ecosistemas tiene una serie de transformaciones para poder generar biomasa y la unidad de medida para esta energía cuando entra al ecosistema se lo conoce como Joules o calorías. Esta transformación energética en los organismos es estudiada por la termodinámica, un campo de la física que estudia la interacción entre el calor y diferentes formas de energía. La termodinámica basada en sistemas ecológicos presenta tres leyes:
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Es decir que la energía que ingresa a un 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. sistema es igual a la cantidad de energía que se queda dentro del mismo (biomasa) Después: más la energía que sale del sistema (calor). La energía se degrada continuamente en energía térmica. La energía, al tener transformaciones en la cadena trófica, nunca será transformada en su totalidad, siempre un porcentual será transformado en calor, es la razón por la cual todo organismo vivo presenta una temperatura corporal. Es decir que un residual de la energía asimilada se transformara en energía poco útil, también se lo conoce como estado de desorden energético y se asocia con el término físico conocido como entropía.
Segunda ley
Tercera ley
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Primera ley
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Ley del cero absoluto. Bajo este principio se establece que este desorden energético en los organismos llega a un estado de equilibrio, es decir, la entropía es igual a cero. Por consiguiente dicho organismo no tendrá la capacidad de generar metabolismo y por ende calor.
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5.2.1.2
Cuantificación de los flujos de energía
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La energía es necesaria para todos los procesos. La cantidad de energía puede ser medida por el calor liberado. Existen dos unidades comúnmente usadas para medir energía. La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado en la escala Celsius (grado centígrado). Una kilocaloría representa mil calorías. Un cuerpo humano libera cerca de 2500 kilocalorías por día, energía proporcionada por los alimentos consumidos. Por acuerdos internacionales, una unidad de energía diferente se está utilizando con mayor frecuencia, el Joule (J). Una kilocaloría es equivalente a 4.186 joules, es la energía necesaria para todos los procesos en un ecosistema. Un flujo energético en plantas está regido por dos leyes fundamentales: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
La primera es la Ley de la Conservación de Energía:
La materia no puede ser creada ni destruida. En los ecosistemas, significa que la energía Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. que fluye hacia dentro de un sistema es igual a la energía adicionada al depósito más aquella que fluye hacia fuera del sistema.
La segunda ley es la Ley de Dispersión de Energía
La disponibilidad para que la energía realice algún trabajo se agota debido a su tendencia a la dispersión (se degrada). La energía también se dispersa de los depósitos de energía. Bajo esta ley, los sumideros o reservorios de energía son muy importantes para los ecosistemas.
5.2.1.3
Flujo de energía en los ecosistemas
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Sistema de caja negra Donde se detalla posibles modificaciones en entradas y salida y su interacción con el entorno, pero no detalla la estructura y el funcionamiento del ecosistema. Los sistemas de caja negra pueden clasificarse en:
Con formato: Normal, Derecha: 0 cm, Espacio
Abiertos:
En la que se producen entradas y salidas de materia y energía yDespués: dejan de0ser activos cuando pto, Sin viñetas ni numeración se cortan estos flujos. Por ejemplo, se tiene al sistema de una planta: TOMA MATERIA: Raíces TOMA ENERGÍA: Luz solar
Cerrado:
En la que existe entrada y salida de energía pero no de materia. Un ejemplo de este tipo de modelo es el planeta tierra, ya que solo ingresa energía proveniente del sol pero no ingresa materia hacia él.
Aislado:
En el que no permite ingreso ni de materia ni de energía. Generalmente son modelos únicamente experimentales bajo condiciones de laboratorio y no se observan en la naturaleza.
5.2.1.3.1
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Modelo de caja blanca Al contrario del modelo de caja negra, este se enfoca únicamente en los procesos llevados a cabo dentro del sistema y también lo que entra o sale del mismo. Existen diferentes tipos de relaciones entre cada elemento del sistema abierto y pueden ser: -
Directas o positivas: Cuando la variación de un elemento provoca la variación de otro elemento en el mismo sentido; positivo o negativo
Ejemplo: (+) alimento --- (+) población (-) alimento ---- (-) población Relaciones inversas o negativas: Cuando un cambio en un elemento produce un cambio opuesto en otro elemento (+) Depredador---- (-) presa (-) depredador ------(+) presa Relación encadenada: en la que existen más de dos variables y todas están relacionadas. Pueden ser positivas o negativas si al menos 2 de estos elementos presentan esta característica. Ejemplo: Vegetación--- herbívoro--- carnívoro 5.2.2
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Ciclamiento de materia
Las interacciones de flujo de energía entre los ecosistemas comprenden una compleja red de interacciones entre el componente abiótico y biótico de cada ecosistema y entre ecosistemas en la biósfera, mostrando el almacenamiento y los flujos de desperdicios (residuos), nutrientes, dióxido de carbono y oxígeno. Para sobrevivir, un ecosistema necesita un abastecimiento continuo de materiales esenciales. Estos pueden venir de fuera del sistema, del reciclaje de los materiales o de ambos. Cualquier elemento que un organismo necesite para vivir, crecer y reproducirse se llama nutrimento o nutriente. Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan macronutrientes: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Los elementos requeridos por los organismos en cantidades pequeñas o trazas se llaman micronutrientes: hierro, cobre, zinc, cloro y yodo. Los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes para la vida sobre la Tierra son ciclados continuamente en vías complejas desde el ambiente no vivo (depósitos en la atmósfera, la hidrósfera y la corteza de la Tierra) hasta los organismos vivos y de regreso al ambiente no vivo. Todo esto tiene lugar en los llamados ciclos biogeoquímicos.
5.2.2.1
Ciclos biogeoquímicos
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Ciclo del Carbono: El ciclo del carbono tiene diferentes reservorios que se encuentran interconectados dependiendo del sistema ecológico que se analice. Estos pueden ser:
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Atmósfera: Se encuentra principalmente en forma de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), que pueden ser captados por organismos mediante la fotosíntesis o ser expulsado de ellos mediante la respiración; el dióxido de carbono también puede disolverse en mares, océanos y lagos directamente para luego ser transformado a ácido carbónico (H2CO3) que da un cambio de pH ácido cuando satura el agua. Biósfera: Todo organismo está constituido por carbono, también podemos encontrarlo en el suelo como carbonato de calcio; el dinamismo entre organismos vivos e intercambio de carbono se da a través de las cadenas tróficas y procesos metabólicos como fotosíntesis y respiración celular; de esta manera, el carbono deja la biosfera o ingresa a ella para interactuar con todos los componentes que la constituyen. Océanos: La disolución del CO2 en el agua es la principal fuente de carbono en los océanos, una vez disuelto el carbono es aprovechado por organismos acuáticos para la formación de tejidos blandos como: huesos y cartílagos y también transformarlo en carbonato de calcio para la formación de conchas y corales.
Uno de los cambios más grandes que ha tenido este ciclo es enormemente influenciado por el hombre, la generación de combustibles fósiles, la combustión de materia orgánica y el proceso de generación de industrias han provocado una saturación de CO2 en la atmósfera, lo que ha causado la generación de lluvias ácidas, así como el calentamiento global, causando efectos dramáticos en los ecosistemas.
Con formato: Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
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(Educanimando, 2016). Ciclos biogeoquímicos.
- Ciclo del azufre El azufre es aprovechado por las plantas y otros productores primarios a partir del SO4, que al interactuar en procesos enzimáticos es fijado en los aminoácidos de las proteínas. Esto, a su vez, es aprovechado por organismos heterótrofos para pasar estos elementos entre los distintos eslabones de la cadena trófica. Por último, cuando los organismos descomponedores reducen a SO2, es liberado a la atmósfera en forma de gas o fijado en el suelo para ser nuevamente aprovechado por las plantas.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Ciclo del Oxigeno El oxígeno es uno de los elementos indispensable para los organismos vivos ya que de él dependen diferentes procesos metabólicos; este, además, le confiere una característica oxidante a la atmósfera. El oxígeno en estado molecular que se encuentra en la atmósfera es disuelto en el agua y cuando es captada por las plantas comienza un proceso de fotolisis del agua en la que es degradada en H2 y O2 que son liberados al ambiente. Los organismos heterótrofos, por su parte, captan el O2 y mediante la respiración celular reducen el oxígeno y generan CO2. Por último, es captado nuevamente por las plantas en el proceso fotosintético y es fijado para convertirla en macromoléculas y tejidos.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- El ciclo del Fósforo El fósforo es uno de los elementos más importantes para los organismos vivos, ya que no solo forma parte estructural de tejidos como huesos y dientes, sino que cumple muchas funciones intracelulares como regulador de procesos bioquímicos y energía principalmente.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Por procesos de meteorización de las rocas o por emisiones volcánicas se libera y es captado por las plantas, también puede ser transportado por el agua de ríos hasta llegar a los mares sedimentándose y formando rocas que, con el movimiento de las placas pueden volver a emerger. Una cantidad de fósforo es aprovechada por microorganismos acuáticos como el plancton que, a su vez, es consumido por peces que lo transforman en tejidos. Cuando estos peces son consumidos por aves migratorias una cantidad de fósforo es excretando en el Guano en la zona litoral cumpliendo su ciclo. - El ciclo del Nitrógeno Es uno de los elementos necesarios para hacer proteínas (músculos en carnes, nervios, cabellos, tendones, piel, plumas, seda, leche, queso, semillas y nueces, enzimas) y estructuras genéticas. El 78% del aire es gas nitrógeno, pero la mayoría de los organismos no puede usarlo en esta forma. Las plantas, algas y bacterias que pueden hacer esto son llamadas fijadoras de nitrógeno. Algunas plantas y árboles tienen nódulos que fijan nitrógeno usando azúcar que es transportado desde las hojas como fuente de energía. Las algas azul-verdes pueden fijar el nitrógeno usando la luz solar. Algunas bacterias pueden fijar el nitrógeno usando materia orgánica como fuente de energía.
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(Educanimando, 2016). El ciclo del Nitrógeno.
- Ciclo del Calcio Las reservas naturales de calcio se depositan principalmente en la litósfera por procesos de sedimentación llevados a cabo por el paso de millones de años, los cuales fueron emergiendo del fondo marino por levantamientos geológicos naturales producto del movimiento de las placas tectónicas. Estas rocas de caliza, una vez expuestas al ambiente, sufren procesos de desgaste por la lluvia y diferentes agentes atmosféricos que liberan el calcio (Ca+) en ríos o mares. En todo el transcurso desde su liberación hasta su depósito en el mar, son absorbidos por plantas y animales que los empelan para la formación de biomasa o estructuras solidas como huesos y dientes. Cuando estos organismos mueren, los descomponedores liberan nuevamente el calcio el cual regresa al suelo. En su último reservorio, el mar, el calcio es también aprovechado por organismos marinos para la formación de conchas, caparazones y huesos. Y, cuando estos organismos mueren sus restos son degradados en el fondo marino y el calcio vuelve a formar parte de los sedimentos.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- El ciclo del Agua en la vegetación Todo ecosistema necesita agua para su funcionamiento. Los árboles absorben grandes cantidades de agua por las raíces, a través de los troncos, hasta las hojas y la expulsa mediante las estomas en las hojas en forma de vapor de agua (transpiración). La cantidad de agua que fluye a través de los árboles por el proceso de transpiración es mucho mayor a la pequeña cantidad de agua usada en la fotosíntesis. La suma de la transpiración y de la evaporación es llamada evapotranspiración. Mientras la cantidad de agua que fluye a través de todo el sistema circula en forma de lluvia, lixiviación y transpiración.
Con formato: Título 5, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
5.2
Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Recursos naturales
Los recursos naturales son una extensa variedad de elementos, áreas particulares u otros recursos como: fuerzas magnéticas, gravitatorias y eléctricas que existen sin ninguna intervención humana. También podemos definirlos como materiales y componentes que se pueden encontrar en medio ambiente y todo elemento que se convierte en materia prima para fabricar compuestos sintéticos hechos por el hombre. Existen varios métodos para categorizar Jorge
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a los recursos naturales que incluyen desde su fuente de origen, su desarrollo y su renovabilidad. De acuerdo a la capacidad de renovación pueden clasificarse en: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
Recursos renovables:
La renovabilidad es un tema que hoy en día es aplicado en muchas partes del mundo para definir Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. a una extensa gama de recursos naturales que se pueden restaurar a una velocidad superior a la capacidad de consumo humana. Algunos de estos recursos son: luz solar, el aire, el viento, el agua etcétera. Desde un punto de vista antropogénico se pueden clasificar como renovables solo en la medida de su capacidad de recuperación y es de fácil reposición.
Recursos no renovables:
Son todos aquellos que se forman de manera muy lenta con el transcurso de tiempo y no tienen un origen natural en los ecosistemas. Un ejemplo común de este tipo de recursos son los minerales ya que su taza de consumo es mayor a la de reposición. Otro ejemplo son los combustibles fósiles ya que para su formación es necesaria una descomposición de materia orgánica en condiciones anaerobias y el paso de millones de años, lo cual hace imposible su reposición a corto plazo.
El Ecuador, ubicado en la línea equinoccial, está conformado por cuatro regiones geográficas: Galápagos, costa del Pacífico, cordillera andina y la cuenca Amazónica. Es considerado uno de los países más mega diversos del mundo debido a su pequeña extensión territorial y el alto índice de diversidad que posee, la cual en los últimos años ha enfrentado graves riesgos derivados de actividades como la minería y la explotación petrolera. Los elementos geográficos anteriormente expuestos sumados al posicionamiento geográfico del país han desarrollado una amplia existencia de ambientes naturales. Actualmente, existen 16,000 especies de plantas vasculares de las cuales un 72% son endémicas. Según reportes hechos en libros internacionales como El libro de Diversidad, Ecuador ocupa el primer lugar a nivel mundial en tener el mayor número de especies vertebradas por cada 1000 Km2 de superficie. Pero no solo posee gran diversidad territorial, en su agua marina también existe una amplia diversidad relacionada con las condiciones oceanográficas propias de esta región del planeta, como por ejemplo las aguas cálidas tropicales (El niño) o subtropicales frías del sur (La niña) provocan variaciones pluviométricas en la plataforma continental aumentando la distribución, composición y estructura de los componentes bióticos tanto en los océanos como en el suelo. Cuando se trabaja en medio ambiente es frecuente referirse a dos palabras dentro de desarrollo: sustentable y sostenible.
Desarrollo sustentable:
formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio Hace referencia a un crecimiento regulado, es decir, satisface las necesidadesCon actuales de Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. todos los habitantes y no pone en compromiso o en riesgo dichos recursos en un futuro.
Desarrollo sostenible:
Este a su vez hace referencia a la capacidad de un recurso de mantenerse por sí mismo y no precisa de la intervención humana o externa para sostenerse de manera autónoma.
En relación al desarrollo sostenible fue incorporado en la conferencia de Estocolmo en 1972 y entró en vigencia en la conferencia de Rio en 1992. Además, un gran avance en materia Jorge
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medioambiental fue el insumo “Cuidar la Tierra” elaborado por WWF (World Wide Fundation) y PNUD (Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo) que define al desarrollo sostenible como la capacidad de mejorar la calidad de vida humana sin rebasar la capacidad de carga en los ecosistemas que la sustentan. Por lo que ya no se apunta a una explotación del recurso natural sino a un manejo adecuado de los mismos. 5.3
Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Cambio climático y el hombre
Los seres humanos son parte del ecosistema global y tienen una historia evolutiva que ha sido afectada por el sistema terrestre y, a su vez, lo ha afectado de igual forma. El estudio de la evolución humana muestra que, al igual que otros organismos, los seres humanos han evolucionado durante un largo período de tiempo frente a los desafíos y oportunidades ambientales.
Con formato: Derecha: 0 cm, Espacio Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín.
(Kioto Fatou, 2013). Cambio climático.
Estos desafíos afectaron la forma en que los primeros seres humanos obtuvieron alimento, encontraron refugio, escaparon a los depredadores y desarrollaron interacciones sociales que favorecían la supervivencia. La capacidad de fabricar herramientas, compartir alimentos cazados y recolectados, controlar el uso del fuego, construir refugios y crear sociedades complejas desencadenó nuevas formas de interacción entre el ser humano y su entorno. Actualmente, los seres humanos han interactuado con su entorno a través de tecnologías que cambian rápidamente; la recolección de alimentos y el intercambio de recursos a larga distancia. El modo de vida proporcionado por la caza y la recolección a la producción de alimentos resultó tan exitoso que el Homo sapiens fue capaz de extenderse a todo el mundo y aumentar su densidad poblacional. Estos desarrollos han llevado a una enorme expansión de la influencia humana en los ecosistemas globales. Los efectos de origen antropogénico son responsables de la mayor parte del cambio climático, por la rotura de muchos equilibrios biológicos y energéticos. A pesar del escaso efecto invernadero de los compuestos habituales de la atmósfera (Nitrógeno: 78%) y (oxigeno:21%) las actividades humanas (industria, generación de energía con Jorge
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combustibles fósiles, transporte, agricultura, deforestación, etcétera.), aumentan los Gases de Efecto Invernadero (GEI), produciendo el calentamiento de la tierra. En la actualidad, el registro de literatura científica sobre el cambio climático lo realizada el IPCC (Panel Internacional contra el cambio Climático). Desde su Tercer informe de evaluación, el conocimiento de los diferentes cambios climáticos ha mejorado por la ampliación y mejora de la recopilación de datos, avances en la metodología de análisis y la amplia cobertura biogeográfica observacional. Entre los diversos conceptos de cambio climático que se manejan internacionalmente, son dos los aceptados con carácter general. El primero realizado por el Panel Intergubernamental contra el Cambio Climático (IPCC) que lo describe como: “cambio identificable en el estado del clima, a raíz de un cambio en el valor medio y/o en la variabilidad de sus propiedades y que persiste durante un periodo de tiempo prolongado, cifrado en decenios o periodos más largos, debido a la variabilidad natural o a la actividad humana”. Es decir, se centra en el cambio identificable del clima, con independencia de que se trate de él, debido a la variabilidad natural o al resultante de la actividad humana. Y del “Convenio Marco de las Naciones Unidas sobre cambio Climático” que lo define como: “cambio identificable del clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana, que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad climática natural, observada en periodos de tiempo comparables”. Es decir, se refiere al cambio inducido por la actividad humana, ya sea directa o indirectamente y que se suma a la variabilidad climática. Los primeros indicios de la intervención humana en el cambio climático se remontan a 1938, cuando Guy Stewart Callendar afirmó en una conferencia en la Royal Meteorological Society de Londres que estábamos asistiendo a un calentamiento global cuya principal causa era la quema de combustibles fósiles y el aumento de dióxido de carbono; El “Efecto invernadero” descrito por Svate Arrehenius en 1896, explicaba el posible efecto del dióxido de carbono generado por la actividad humana y una de sus previsiones era que si se doblaba la cantidad de este gas en la atmósfera, la temperatura de la tierra subiría entre 5 y 6 grados centígrados. El cambio climático es un sistema complejo e interactivo, integrado por: atmósfera, hidrósfera, geosfera, la biósfera y sus interacciones a los distintos ecosistemas en los que habitan los seres vivos. El origen de su estudio se remonta a finales de 1950 Roger Revelle, del Instituto Oceanográfico de Scripps, advirtió de los posibles efectos de un crecimiento incontrolado del dióxido de carbono y otros gases reconocidos hoy como de efecto invernadero. Consecuentemente, la actividad industrial, la guerra fría, los ensayos nucleares en el Atolón de Bikini y las hipótesis de Revelle sobre las limitaciones de los océanos para absorber contaminantes químicos, condujeron a Charles Keeling a liderar, a partir de 1958 diversos trabajos sobre el cambio climático. En 1975 Se levanta un primer llamado de atención hacia los países sobre la contribución de los gases clorofluorcarbonados (CFC) al efecto invernadero. En 1988 se crea el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) y en 1989 el Instituto Goddard de Investigaciones espaciales de la NASA ratifica el calentamiento global. En 1992, se celebra la Cumbre de la Tierra ECO 92, en Río de Janeiro (Brasil), sobre desarrollo y medio ambiente y Estados Unidos bloquea el posible acuerdo sobre una posible Convención del cambio climático. En diciembre de 1997 se aprueba por 125 países el Protocolo de Kioto vinculante para la reducción en el periodo 2008 a 2012 del 5, 2% de las emisiones de gases efecto invernadero respecto de la situación en 1990. En marzo del año 2001 los Estados Unidos, los mayores
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productores de dióxido de carbono, desertan del Protocolo de Kioto alegando razones de estado y una injusta e inequitativa repartición de las cargas del protocolo. El cambio climático tiene dos orígenes causales para su desarrollo, cada uno de ellos es vinculante y se interrelaciona con las poblaciones humanas, estos son: -
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Causas naturales - Las temperaturas:
El efecto invernadero permite a la Tierra poder albergar y mantener vida. Cuando la radiación solar llega a nuestra atmósfera, parte de ella es reflejada al espacio y parte de ella pasa y es absorbida por la Tierra. Esto causa que la superficie de la Tierra se caliente. El calor es irradiado hacia el exterior y absorbido por los gases presentes en la atmósfera de la Tierra, los llamados “gases de efecto invernadero”. Este proceso previene que el calor desaparezca, haciendo que la temperatura ronde los +15°C en vez de -19°C. Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Tectónica de placas: El movimiento continuo de los continentes le permite reubicarse con movimientos muy lentos acercándose o alejándose hacia el Ecuador, los polos o en otra dirección, produciéndose lentos cambios en el clima.
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
- Actividad volcánica: Este le permite cambiar la concentración de diferentes elementos químicos de la atmósfera y reduce la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra. Si la actividad volcánica es suficientemente intensa, se puede acumular gran cantidad de cenizas y gases contaminantes en la atmósfera, que pueden permanecer en suspensión por largos periodos de tiempo, reduciendo la radiación solar que llega a la superficie y provocando variabilidad de flujo energético en los ecosistemas, decayendo la diversidad de organismos y alteraciones en el comportamiento del clima. - Causas artificiales
Con formato: Título 4, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La llamada Teoría Antropogénica sostiene que el calentamiento global se debe a la actividad humana a partir de la Revolución Industrial. El uso y explotación de hidrocarburos como fuente de combustible, la destrucción de los bosques en extensas zonas de campos para procesos agrícolas, la explotación ganadera y la generación de una diversidad de industrias han generado muchos gases de efecto invernadero responsables del calentamiento global. La mayoría proviene de la combustión de combustibles de los coches, de las fábricas y de la producción de electricidad. El gas responsable de la mayoría del calentamiento es el dióxido de carbono. Otros contribuyentes importantes son el metano que es expulsado de los vertederos y de la agricultura y particularmente la ganadería (especialmente de los sistemas digestivos de los animales que pastan), teniendo propiedades de efecto de invernadero aún mayores que el CO2. El óxido nitroso de los fertilizantes, los gases usados para la refrigeración e industrias y de la pérdida de bosques que de otra forma almacenarían CO2. El metano, cuyo origen natural tiene una cantidad limitada, pero, fundamentalmente, la fabricación de los clorofluorocarbonos (CFC), son una larga serie de compuestos sintéticos que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono y al
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aumento del efecto invernadero, actúan de forma significativamente destructiva en el equilibrio climático del planeta. Con formato: Título 2, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
Riesgos ambientales y planes de contingencia en Ecuador
5.4
Un riesgo natural se puede definir como la probabilidad que tiene una sociedad que habita en un territorio de sufrir o verse afectada por eventos naturales extraordinarios, es decir, la vulnerabilidad de una población frente a riesgos naturales imprevistos, conocidos como desastres naturales, que ocurren como consecuencia del cambio climático en todo el mundo. El mecanismo natural como evento destructor atrae la atención de la sociedad. Ejemplos de esto son un deslave, una erupción volcánica, una inundación, ya que generan una destrucción de las sociedades con la pérdida de vidas y múltiples afecciones en la salud de los sobrevivientes.
(La Tribuna, 2015). Cambio climático.
Ante esta problemática cada vez más creciente en el mundo, los países han optado por políticas de gestión de riesgos para poder brindar lineamientos y políticas para fortalecer el control sobre los cambios de la naturaleza y como objetivo minimizar las vulnerabilidades a nivel de cada país. En Ecuador, la estructura estatal encargada de regular tanto la normativa política como la elaboración de programas y capacitación en gestión de riesgos es La Secretaria de Gestión de Riesgos. En el año 2008, el Gobierno Nacional asumió la respuesta humanitaria y todos los procedimientos políticos y técnicos a través del sistema Nacional Descentralizado de Gestión de Riesgos, para los procesos de recuperación y reconstrucción de zonas de riesgo, así como una reducción en potenciales riesgos estableciendo lineamientos para el reconcomiendo de zonas a nivel nacional. Desde ese mismo año, se empezó a desarrollar el Sistema de Información Geográfica que permite un mejor flujo de información actualizada y verificada para una actuación correcta y eficiente de la Secretaría de Gestión de Riesgos papa poder analizar y mitigar los diferentes factores de riesgo que tenemos en nuestro país, esta información también ha permitido establecer zonas seguras en cada provincia para poder evacuar a las poblaciones y ponerlas a buen recaudo. Los potenciales riesgos naturales en Ecuador pueden ser: -
-
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Inundaciones, tsunamis, cambios atmosféricos: El Ecuador cuenta con parámetros de pronósticos oceánicos y atmosféricos casi en tiempo real, así como el monitoreo a través de plataformas como: satélites, boyas o sensores remotos y el desarrollo de modelos matemáticos que permiten anticiparse a posibles catástrofes naturales. Erupciones volcánicas: También se ha mejorado y ampliado el monitoreo de los diferentes volcanes activos que tenemos en nuestro país, principalmente en los volcanes Tungurahua, Cotopaxi, Reventador, Cuicocha, Guagua Pichincha, Antisana, Washington
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Chimborazo, Ninahuilca, Sangay y en las Islas Galapagos, logrando emitir alertas tempranas en las poblaciones cercanas, evitando perdidas humanas y logrando reducir los impactos económicos. Sismos: El ecuador cuenta con una moderna red sísmica que abarca tanto el territorio continental como el archipiélago de galápagos en el océano, esto permite detectar con mayor precisión eventos sísmicos o controlar los diferentes niveles de actividad sísmica que mantienen nuestras placas tectónicas.
-
5.4.1
Plan de contingencia ante diferentes desastres naturales en el Ecuador
Con formato: Título 3, Derecha: 0 cm, Espacio Después: 0 pto, Sin viñetas ni numeración
La Secretaría de Gestión de Riesgos tiene como objetivo liderar todos los mecanismos en gestión de riesgos para garantizar la protección de personas y colectivos ciudadanos de cualquier desastre antropogénico o natural mediante la emisión de políticas y normativas que promuevan capacidades que permitan identificar, prevenir y mitigar posibles riesgos, así como manejar eventos de desastre, recuperar y reconstruir las condiciones sociales, económicas y ambientales afectadas en cualquier evento señalado. Para cualquier eventualidad es necesario contar con una serie de pasos consecutivos que permitan a las autoridades coordinar y sobrellevar los diferentes factores negativos de cualquier eventualidad sobre las poblaciones afectadas, estos pasos son: Con formato: Izquierda, Derecha: 0 cm, Espacio
Protocolo de actuación:
Cada mesa técnica de trabajo establecerá los protocolos de actuación que permitirán Después: 8 pto, Interlineado: Múltiple 1,08 lín. coordinar los pasos básicos para organizar tareas de rescate, salvamento, protección y aislamiento de personas en lugares seguros, además de equipamiento y alimentación de refugiados en zonas seguras
Inventarios de capacidades:
Permite establecer el número de talento humano, técnico y de insumos ubicados en cada alberge próximo a la zona del evento.
Además, la Secretaría de Gestión de Riesgos en relación con el Ministerio de Inclusión Económica y Social tiene la capacidad de identificar zonas de albergue temporal para atender a la población afectada en caso de algún evento adverso. Cabe mencionar que todo evento adverso demanda del accionar de asistencia humanitaria, la cual puede provenir de regiones propias del país o llegar de diferentes países internacionales, en cualquier caso, la Secretaría es el ente encargado de establecer políticas para el acopio, clasificación y distribución de todo material destinado a la ayuda de posibles albergados y personas afectadas por un evento adverso. Un kit básico de asistencia humanitaria a nivel nacional debe estar constituido por los siguientes elementos: Kits de limpieza, frazadas, bufandas, visores, tanques de agua, mascarillas, botas de caucho, palas, machetes, picos. Los mismos que deben ser distribuidos en cada zona de refugio por parte de la Secretaría a cada una de las comunidades albergadas. Jorge
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MATERIA Y ENERGÍA Procesos metabólicos en los seres vivos El metabolismo hace referencia al cambio, toda célula se encarga de transformar constantemente sustancias en otras distintas, dicho de otra forma, el metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula y en el organismo a fin de suplir las necesidades del ciclo celular: respiración, reproducción, división, etcétera. El proceso metabólico puede dividirse en: a) Catabolismo: consiste en la degradación de sustancias, es decir, la célula transforma sustancias grandes en otras más pequeñas con el objetivo de obtener energía. b) Anabolismo: corresponde a la producción o síntesis de sustancias, a partir de sustancias pequeñas, la célula las une para formar sustancias más grandes; para este proceso se requiere del sustrato energético obtenido por el catabolismo energía.
(West, 2005). Modelo de acción del metabolismo. El catabolismo se basa en la lisis de macrocompuestos, mientras que el anabolismo implica síntesis a partir de micro-compuestos.
Respiración celular La respiración celular es el proceso mediante el cual una célula logra obtener energía, en las células aerobias (dependientes de oxígeno) podemos mencionar al ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones; mientras que en las células anaerobias (independientes de oxígeno) la fermentación. Un punto en común que comparten tanto células aerobias como anaerobias es la glicólisis o catabolismo de la glucosa, la cual tiene como objetivo brindar los reactivos necesarios para que se den el resto de procesos. El sitio de acción donde se realizan estos procesos varía según el tipo celular; en organismos procariotas es el citoplasma en donde se realiza la glucólisis, mientras que en la célula eucariota el ciclo de Krebs se realiza en la mitocondria. En las células aerobias podemos resumir todo el proceso de la respiración celular en la siguiente fórmula:
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(West, 2005). Representación gráfica general del Ciclo de Krebs, Glucólisis y Fermentación dentro de una célula.
Glicólisis La glicólisis, glucólisis o ciclo de Embden-Meyerhof es un proceso anaerobio (no requiere oxígeno) el cual degrada una molécula de glucosa por medio de enzimas específicas para poder producir piruvato, NADP-H (Dinucleótido de nicotinamida) y ATP (Trifosfato de adenosina) La glucólisis se da en 2 fases: -
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Fase I: consiste en dividir a la molécula de glucosa en 2 mol. de gliceraldehido-3-fosfato, perdiendo 2 mol de ATP. Fase II: A partir de cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato se producen 2 mol de ATP, el resultado final es la obtención de piruvato + ATP.
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(West, 2005). Mecanismo de la glicólisis: enzimas, gastos energéticos y moléculas de agua. En estas 10 reacciones, nosotros tenemos sitios holostéricos (sitio de control) y los responsables son las siguientes enzimas: Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa, Piruvatoquinasa.
Ciclo de Krebs Cuando la gluc+olisis forma el piruvato, este pasa hacia la mitocondria, donde se realizan una serie de reacciones que tienen como objetivo producir más ATP y NADP-H, este conjunto de procesos intra-mitocondriales se conoce como ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Podemos resumir al ciclo de Krebs en la siguiente fórmula:
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(West, 2005). Reacciones del ciclo de Krebs. Al igual que en la glucólisis existen puntos de control enzimáticos: piruvato deshidrogenasa, citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa, α-cetoglutarato deshidrogenasa.
Cadena de transporte de electrones Una vez formadas esas grandes cantidades de NADP-H que obtuvimos en el ciclo de Krebs y la glucólisis; este NADPH da su hidrógeno a una serie de enzimas que se encuentran en la membrana interna de la mitocondria; con esta donación de hidrógenos, agregando el oxígeno que se encuentra presente en la mitocondria, se da una serie de reacciones de óxido-reducción, las cuales tienen como fin producir ATP y H20; y las podemos resumir en la siguiente fórmula:
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Cadena transportadora de electrones. Este proceso esta mediado por los citocromos o complejos enzimáticos.
Como ya revisamos, la célula obtiene energía a partir de la glucosa, luego la somete a una serie de procesos con el fin de obtener 38 moléculas de ATP, H2O y CO2. Pese a que es la más importante, la glucosa no es la única fuente que puede dar energía a la célula; ya que los ácidos grasos y las proteínas pueden ser degradados hasta acetil-CoA y por ende formar ATP.
Fotosíntesis La fotosíntesis o función clorofílica permite a ciertos organismos transformar materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. Al realizar estos procesos se transforma la energía lumínica en energía química (ATP). Los organismos que realizan este proceso son las bacterias, cianobacterias y las plantas. Desde el punto de vista global podemos resumir el proceso de la fotosíntesis en la siguiente formula:
El proceso de fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos (análogos de la mitocondria en las células animales) La fotosíntesis tiene 2 fases: Fase luminosa o fotoquímica Se la conoce como fase lumínica, en esta etapa se producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila. Esta última es un compuesto orgánico formado por moléculas que contienen átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio. La fotosíntesis se realiza en todas las partes “verdes” de vegetales, mas no en aquellas que han reemplazado la matriz extracelular (troncos leñosos). La clorofila capta la luz solar y provoca la lisis o separación de la molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir, rompe el puente de hidrógeno que conforma el agua por efecto de la luz. El proceso genera oxígeno gaseoso que se libera al ambiente y la energía no utilizada es almacenada en moléculas de ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se desencadenará en la planta el proceso fotosintético.
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Esquema de reacciones en la fase lumínica de la fotosíntesis. El producto final se basa en la formación de un disacárido y oxígeno.
Fase oscura o sintética También llamada ciclo de Calvin-Benson, en esta etapa no se necesita la luz como sustrato energético, aunque también puede realizarse en su presencia. Ocurre dentro de los cloroplastos y depende de los productos obtenidos en la fase lumínica. El hidrógeno formado en la fase anterior se suma al CO2 presente en el aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos, es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Como tal requiere de 6 procesos: -
Carboxilación Foforilación primaria Reducción Glucosíntesis Regeneración Fosforilación secundaria
Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en moléculas de ATP que da como resultado glucosa (C6H12O6) y moléculas de agua como desecho. Después de la formación de glucosa ocurre una secuencia de reacciones químicas que dan lugar a la formación de polisacáridos (almidón, celulosa, hemicelulosa). A partir de estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento. La siguiente ecuación describe la fase oscura del ciclo: 𝐸𝑁𝑍𝐼𝑀𝐴𝑆
𝐶𝑂2 + 𝑁𝐴𝐷𝑃𝐻 + 𝐻 + →
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𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝑁𝐴𝐷𝑃𝑖 + 𝐴𝐷𝑃 + 𝑃𝑖
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(Universidad Politécnica de Valencia, 2003). Reacciones del Ciclo de Calvin-Benson, el producto final es la formación de Glucosa.
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QUÍMICA TABLA PERIÓDICA Bases de la clasificación periódica Las propiedades de los elementos son función de la estructura electrónica de sus átomos, más específicamente del ordenamiento de los electrones en los niveles de energía más externos. Los elementos con un ordenamiento similar de electrones en los orbitales externos se agrupan en COLUMNAS VERTICALES, y los elementos con el mismo número cuántico principal (n) máximo para la estructura electrónica fundamental del átomo, se agrupan en FILAS HORIZONTALES. Distribución de los elementos en la tabla Sabemos que los ELEMENTOS son sustancias puras, formadas por una sola clase de átomos. La mayoría de elementos se encuentra en estado SÓLIDO, dos en estado LÍQUIDO (Mercurio y Bromo) a la temperatura ambiente y once existen en la naturaleza en forma de GAS (6 Gases Nobles, Nitrógeno, Oxígeno, Hidrógeno, Flúor, Cloro). Algunos elementos son radiactivos, otros son extremadamente raros y otros solamente pueden obtenerse en el laboratorio. La actual tabla periódica consta de todos los elementos conocidos, los mismos que están colocados en orden creciente de sus números atómicos, en filas horizontales, llamados PERÍODOS y en columnas verticales, llamados GRUPOS o FAMILIAS. En la parte inferior de la tabla existen dos filas horizontales que corresponden a la serie LANTÁNIDA Y ACTÍNIDA, conocidas como TIERRAS RARAS. En las siguientes tablas se puede observar la distribución de los elementos:
En el cuerpo humano: ELEMENTO Oxígeno Carbono Hidrógeno Nitrógeno Calcio Fósforo Otros
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PORCENTAJE EN PESO 65,0 18,0 10,0 3,0 2,0 1,2 0,8
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En la corteza terrestre ELEMENTO Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Hidrógeno Titanio Cloro Fósforo Manganeso Carbono Azufre Bario Nitrógeno Flúor Otros
a)
PORCENTAJE EN PESO 49,20 25,67 7,50 4,71 3,39 2,63 2,40 1,93 0,87 0,58 0,19 0,11 0,09 0,08 0,06 0,04 0,03 0,03 0,47
Grupos o familias
Los grupos son las columnas verticales de la tabla periódica, se pueden clasificar en grupos o familias A y B. Los elementos pertenecientes al grupo A se denominan elementos representativos y los que pertenecen al grupo B, elementos de transición. Los grupos A y B se designan con los números romanos del I a VIII. De acuerdo a sus características, los elementos del grupo A se denominan: -
Grupo I A: metales alcalinos Grupo II A: metales alcalinotérreos Grupo III A: elementos térreos o familia del boro Grupo IV A: familia del carbono o carbonoideos Grupo V A: familia del nitrógeno o nitrogenoideos Grupo VI A: familia del oxígeno Grupo VII A: familia de los halógenos Grupo VIII A: gases nobles o inertes
En los grupos, los elementos exhiben las mismas propiedades químicas, presentan la misma distribución electrónica en diferente nivel energético. Así, por ejemplo, para los elementos del grupo I A de la tabla periódica se tiene: Elemento
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Configuración más externa
Configuración electrónica
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1s2 2s1 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s1 El significado de las letras A y B es el siguiente: Li Na K Rb Cs Fr
ns1
A: Elementos representativos, su distribución electrónica termina en subniveles s o p. B: Elementos de transición, incluido el grupo VIII, su distribución termina en d o f. El HIDRÓGENO no pertenece a ningún grupo de la tabla periódica, a pesar que tiene una distribución electrónica parecida a la familia IA, por tanto, ocupa un casillero especial debido a sus características físicas y químicas. En los grupos o familias están los elementos que tienen el mismo número de electrones de valencia, es decir que los electrones que se ubican por el último nivel de energía determinan que las propiedades de los elementos pertenecientes a mismo sean semejantes. B)
Períodos:
Los períodos corresponden a las filas de la tabla periódica que contienen siete períodos o niveles energéticos, donde los elementos tienen sus electrones distribuidos en la misma cantidad de niveles energéticos, pero los subniveles son distintos. El primer período contiene solo al hidrógeno y helio. El segundo y tercer período tienen 8 elementos en cada uno. El cuarto y quinto período constan de 18 elementos cada uno. El sexto período se los denomina lantánidos. Y en el séptimo período se ubica un grupo de elementos que corresponden a los actínidos. A continuación, se muestra la distribución electrónica de los elementos del segundo período: Li (Z=3): Be (Z=4): B (Z=5): C (Z=6): N (Z=7): O (Z=8): F (Z=9): Ne (Z=10):
1s2, 2s1 1s2, 2s2 1s2, 2s2, 2p1 1s2, 2s2, 2p2 1s2, 2s2, 2p3 1s2, 2s2, 2p4 1s2, 2s2, 2p5 1s2, 2s2, 2p6
Números cuánticos Estos números nos permiten calcular la energía del electrón y predecir el área alrededor del núcleo donde se puede encontrar el electrón (ORBITAL). Estos son: Número cuántico principal, n: Determina el NIVEL de energía principal o capa en donde se encuentra el electrón y además nos da a conocer la posición de la nube electrónica. Los valores determinados para este número son los siguientes:
n:
1
2
3
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K
L
M
N
O
P
Q
La capa n = 1, es la más cercana al núcleo y tiene la menor energía, es decir, la energía se cuantifica en base a la distancia que hay entre cada nivel y el núcleo atómico. Número cuántico secundario, l: Determina el SUBNIVEL o SUBCAPA dentro del nivel principal de energía. Nos indica la forma de la nube electrónica u orbital donde se encuentran electrones alrededor del núcleo. De acuerdo a la mecánica cuántica puede tomar los siguientes valores: l: 0, 1, 2, 3, ... , hasta (n – 1) Se nombran por medio de letras: l:
0
1
2
3
s
p
d
f
Donde: s: p: d: f:
Sharp principal Diffuse fundamental
A continuación, se muestran algunas formas de estos subniveles:
subnivel “s”
subniveles “p”
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subnivel “d”
subniveles “f”
Número cuántico magnético, m: Representa la ORIENTACIÓN de los orbitales electrónicos en el espacio. Cada subnivel consta de uno o más orbitales electrónicos. El número de orbitales está dado por la siguiente ecuación, n2. Sus valores son: m: – l , … , –1, 0, +1, … , + l A continuación, se muestra la relación entre los números cuánticos n, l y m: DESIGNACIÓN DE LOS SUBNIVELES l 0 (s) 1s 0 (s) 2s 1 (p) 2p 3s 3 0 (s) 3p 1 (p) 2 (d) 3d 4s 4 0 (s) 4p 1 (p) 4d 2 (d) 3 (f) 4f Cada valor de m constituye un orbital. N 1 2
m 0 0 –1, 0, +1 0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2 0 –1, 0, +1 –2, –1, 0, +1, +2 –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3
NÚMERO DE ORBITALES 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
Número cuántico del spin, s: Representa el movimiento de rotación que tiene el electrón sobre su propio eje, mientras va describiendo su trayectoria.
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Los valores para este número son: –1/2 () y +1/2 ()
–½
+½
DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA Es la forma abreviada de representar a los electrones en los niveles y subniveles que posee el átomo de un elemento. Para realizar la distribución electrónica se debe tomar en cuenta: Principio de exclusión de Pauli Este principio manifiesta que: “en un cualquier átomo no pueden existir dos electrones cuyos números cuánticos tengan los mismos valores”. Población electrónica El número máximo de electrones en cada NIVEL es 2n2, donde el valor de n corresponde al número cuántico principal: Número de 𝒆− 2 18 50 98
Fórmula (𝟐𝒏𝟐 ) 2 × (1)2 2 × (3)2 2 × (5)2 2 × (7)2
Nivel (𝒏) 1 3 5 7
De acuerdo al número de electrones existentes, la distribución es la siguiente:
# máx. e– (REAL) 2 8 18 32 32 18 2
N 1 2 3 4 5 6 7
El número de electrones en cada SUBNIVEL se determina utilizando la siguiente ecuación, 2(2l + 1), donde l corresponde al valor del número cuántico secundario:
# máx. e– 2 6 10 14
L 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) En cada ORBITAL debe existir un máximo de 2 electrones Jorge
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Principio de desarrollo de la Energía: Este principio establece que: “los electrones siempre tienden a ocupar los orbitales o subniveles de menor energía”. La energía de un subnivel es igual a la suma de los valores de n y l: ET = n + l Se llenará primero el subnivel que tenga el menor valor de (n + l), y en caso de que el valor de (n + l) sea igual, se satura primero el subnivel con el menor valor de n. El problema del cálculo de la energía de cada subnivel se soluciona cuando se determinan las llamadas DIAGONALES DE PAULING, diagonales que se registran a continuación.
n
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s
2p 3p 4p 5p 6p
3d 4d 4f 5d 5f 6d
BLOQUES Las similitudes en cuanto a la disposición de los electrones están estrechamente relacionadas con la posición en la tabla periódica. Se pueden identificar en la tabla periódica cuatro bloques fundamentales:
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Elementos representativos: comprende los bloques s y p que lo conforman todo el grupo A de la tabla periódica, en el que incluye también a los gases nobles. Metales de transición: pertenecen al bloque d, su bloque contiene orbitales de tipo d incompletos que pueden tener de 1 a 10 electrones. Estos elementos forman parte del grupo B de la tabla periódica. Metales de transición interna: comprenden las series de los lantánidos y actínidos. Constituyen los elementos cuyo electrón diferenciador se ubica en un orbital f, que puede tener 1 a 14 electrones.
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PROPIEDADES PERIÓDICAS Densidad Se define como la concentración de la materia, medida a través de la masa por unidad de volumen (masa/longitud3). En las sustancias sólidas y líquidas, las unidades de densidad son g/cm3 ó g/ml; en los gases, g/litro. 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
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𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑚 → 𝜌= 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑣
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Radio atómico Se define como la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos idénticos en un enlace químico. Se expresa en Å.
Radio iónico Se refiere a cuando el átomo se ha transformado en ion. Los IONES POSITIVOS son considerablemente más pequeños que el respectivo átomo neutro. En cambio, los IONES NEGATIVOS son más grandes que el átomo neutro, pero ligeramente. Mientras más electrones pierda, el átomo más pequeño es el radio iónico y viceversa. Las unidades son Å.
Volumen atómico Es el volumen ocupado por un at-g del elemento, es decir, por 6,022x1023 átomos, considerando en estado sólido. Es la relación que se obtiene dividiendo el valor de un átomo-gramo de un elemento químico por el valor de su densidad. El volumen atómico se expresa en cm3/mol.
Energía o potencial de ionización Es la energía necesaria para quitar el electrón más externo al núcleo de un átomo en estado gaseoso y convertirlo en ION POSITIVO o CATIÓN. Se expresa en calorías. ÁTOMO NEUTRO + ENERGÍA IÓN POSITIVO + 1e–
Electroafinidad o afinidad electrónica: Es la cantidad de energía invertida para que un átomo neutro en estado gaseoso gane un electrón extra y le permita convertirse en un ION NEGATIVO o ANIÓN. Se expresa en kJ/mol. ÁTOMO NEUTRO + 1e ION NEGATIVO + ENERGÍA
Electronegatividad Es la capacidad que tiene un átomo para atraer electrones comprendidos en un enlace químico. Los átomos de mayor electronegatividad tienen una mayor capacidad para atraer a los electrones. Se encuentra relacionada con el peso atómico, mientras el peso atómico aumenta la electronegatividad disminuye. La electronegatividad aumenta en general hacia la derecha y disminuye hacia abajo dentro de la tabla periódica. Al tener una diferencia mayor de electronegatividades entre un par de elementos, los átomos formarán enlaces iónicos, mientras que si la diferencia de electronegatividades es menor, se puede formar un enlace covalente.
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Estados de oxidación El estado de oxidación es una carga iónica que tiene un átomo que forma parte de un compuesto químico. Está representado por diferentes números, los cuales pueden ser positivos, negativos o cero. Generalmente, cuando una sustancia se oxida, pierde electrones (oxidación), mientras que otra sustancia recibe o gana electrones, se denomina (reducción). A continuación, se muestra una tabla, en la que se registran algunas propiedades de los elementos:
Grupo
Elementos H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Cr Mn Fe, Co, Ni Cu, Ag, Au Zn, Cd, Hg B, Al, Ga, In, Tl C Si Ge, Sn, Pb N, p, As, Sb Bi O, S, Se, Te
I A II A VI B VII B VIII B IB
II B III A IV A
V A VI A
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Estado de oxidación +1 +2 +2,+3,+6 +2,+3,+4,+6,+7 +2,+3 +1,+2 +1 +1,+3 +2 +1,+2 +3,-3 +2,+4,-4 +2,+4 +2,+4 -3,+3,+5 -2 +2,+4,+6,-2 Tel:
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Po F, Cl Br, I, At Reglas para escribir los números de oxidación
+2,+4,+6,-2 -1 +1,+3,+5,+7,-1
VII A
1. A todos los elementos que se encuentren en estado natural o libre les corresponde un número de oxidación igual a cero, por ejemplo: Cu, Al, C. Esto se cumple para los átomos cuya fórmula se compone de un solo átomo y también para los átomos cuya fórmula elemental es diatómica. Por ejemplo: 𝐶𝑙2 , 𝐻2 , 𝑂2 2. El número de oxidación que toma el hidrógeno en la mayoría de compuestos formados es 1+ , con excepción de los hidruros, cuyo número de oxidación es −1 , por ejemplo: 𝑁𝑎𝐻 −1 , 𝐶𝑎𝐻2 −1 , 𝐴𝑙𝐻3 −1 . 3. El oxígeno tiene número de oxidación −2 , excepto en los peróxidos, cuyo número de oxidación es −1, por ejemplo: 𝑁𝑎2 𝑂2 −1 4. La suma de las cargas de los números de oxidación de un compuesto siempre deberá ser igual a 0, ejemplo: H2S6+O42- = (2+) + (6+) + (8–) = 0 Cr3+ (O2-H1+)3 = (3+) + (6- ) + (3+) =0 5. La suma algebraica de los estados de oxidación de un ion poliatómico es igual a la carga del ion. (𝐶𝑙5+ 𝑂32− )𝟏− ∶ (5+) + (−2). (3) = −1
NOMENCLATURA INORGÁNICA La nomenclatura hace referencia a una serie de reglas que son utilizadas para dar nombre a todos los elementos y compuestos químicos. En la actualidad la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) es la autoridad encargada de acordar cada una de las reglas para formular y nombrar a los compuestos. Hay tres sistemas de nomenclatura, estos son:
Nomenclatura común: tradicional o clásica. Nomenclatura sistemática: en donde las proporciones en que se encuentran los elementos en una fórmula puede indicarse por medio de prefijos griegos: mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6), hepta (7), etcétera. Nomenclatura Stock: el número de oxidación del elemento se indica en números romanos y entre paréntesis inmediatamente después del nombre. Si en el compuesto interviene un elemento cuyo número de oxidación es constante, es innecesario indicarlo.
Compuestos Binarios Se encuentran formados por átomos de dos elementos distintos en su molécula. Los compuestos binarios son:
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Hidruros o hidruros metálicos Resultan de combinar cualquier Metal con el Hidrógeno, tomando en cuenta el estado de oxidación positivo del Metal y el –1 del Hidrógeno: METAL + HIDROGENO → HIDRUROS METALICOS M+X + H–1 →MHX Nomenclatura: HIDRURO DE, y Iuego el nombre del Metal, cuando este tiene un estado de oxidación. Cuando el Metal presenta dos estados de oxidación, el nombre del metal termina en OSO e ICO para el de menor y mayor estado de oxidación respectivamente. A continuación se muestran algunos ejemplos: NaH FeH2 CaH2 FeH3 AlH3 PbH2
Hidruro de Sodio Hidruro Ferroso Hidruro de Calcio Hidruro Férrico Hidruro de Aluminio Hidruro Plumboso
Compuestos especiales Se forman por la combinación de los No Metales (III, IV y VA) con el Hidrógeno. El estado de oxidación del No Metal es negativo y +1 el del Hidrógeno: NO METAL + HIDROGENO →COMPUESTOS ESPECIALES 𝑚 −𝑥 + 𝐻 +1 → 𝑚 𝐻𝑋
Nomenclatura Reciben estos compuestos NOMBRES ESPECIALES: BH3 CH4 SiH4 NH3 PH3 AsH3 SbH3
Borano Metano Silano Amoníaco Fosfamina o Fosfina Arsenamina o Arsina Estibamina o Estibina
Su importancia radica en que a partir de ellos pueden formarse RADICALES de carga +1, como los siguientes: (NH4)+1 (PH4)+1 (AsH4)+1 (SbH4)+1
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Radical Amonio Radical Fosfonio Radical Arsonio Radical Estibonio
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Hidruros no metálicos o ácidos hidrácidos Resultan de la combinación de un No Metal (VI y VIIA) con el Hidrógeno, excepto el Oxígeno, intercambiando estados de oxidación. El Hidrógeno actúa con +1. HIDROGENO + NO METAL ÁCIDOS HIDRÁCIDOS H
+1
+ m
–X
HXm
Nomenclatura: Cuando se encuentran en estado líquido o en solución se utiliza la palabra ÁCIDO, y luego el del NO METAL terminado en HÍDRICO. Cuando son gases, el NO METAL terminado en URO y luego DE HIDRÓGENO. Compuestos de este tipo son: HF HCl HBr HI H2S H2Se H2Te
Ácido Fluorhídrico Ácido Clorhídrico Ácido Bromhídrico Ácido Iodhídrico Ácido Sulfhídrico Ácido Selenhídrico Ácido Telurhídrico
Fluoruro de Hidrógeno Cloruro de Hidrógeno Bromuro de Hidrógeno Ioduro de Hidrógeno Sulfuro de Hidrógeno Seleniuro de Hidrógeno Telururo de Hidrógeno
Sales halógenas neutras (sales) Se las conoce como SALES BINARIAS, se obtienen principalmente combinando un Metal con un No Metal. En donde el metal actúa con estado de oxidación positivo y el no metal con estado de oxidación negativo. Nomenclatura:
Cuando el Metal tiene un estado de oxidación, el no metal terminado en URO, luego de y el nombre del metal. Cuando tiene dos estados de oxidación, el nombre del no metal terminado en URO y luego el nombre del metal terminado en OSO e ICO para el menor y mayor estado de oxidación respectivamente.
A continuación, se presentan algunos ejemplos de estos compuestos: NaCl FeCl2 Al2S3 FeCl3 CaF2 MnS CdBr2 Mn2S3
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Cloruro de Sodio Cloruro Ferroso Sulfuro de Aluminio Cloruro Férrico Fluoruro de Calcio Sulfuro Manganoso Bromuro de Cadmio Sulfuro Mangánico
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TIPO SAL (SALOIDE): Compuestos que resultan de unión de dos No Metales, intercambiando estados de oxidación. Se coloca primero el elemento menos electronegativo y luego el más electronegativo.
𝑁𝑂 𝑀𝐸𝑇𝐴𝐿 + 𝑁𝑂 𝑀𝐸𝑇𝐴𝐿 → 𝑆𝐴𝐿𝑂𝐼𝐷𝐸𝑆 𝑚+𝑋 + 𝑚 −𝑌 → 𝑚𝑌 𝑚𝑋
Las electronegatividades en los NO METALES varían de la siguiente manera en forma descendente: F, O, Cl, N, Br, I, S, C, As, Se, Te, H, P, B, Sb, Si Nomenclatura
El nombre del No Metal más electronegativo terminado en URO, y luego el nombre del No Metal menos electronegativo terminado en ICO. Cuando el no metal menos electronegativo tiene dos estados de oxidación, éste termina en OSO e ICO. Cuando tiene más de dos estados de oxidación:
HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO A continuación, se muestran algunos ejemplos de este tipo: BF3 Fluoruro Bórico As2S3 Sulfuro Arsenioso As2S5 Sulfuro Arsénico BrCl Cloruro Hipobromoso BrCl3 Cloruro Bromoso BrCl5 Cloruro Brómico BrCl7 Cloruro Perbrómico
Óxidos Son compuestos que resultan de la combinación de un Metal o un No Metal con el OXIGENO, en donde el oxígeno actúa con estado de oxidación –2. Pueden ser: Básicos: Se forman de la combinación de un Metal con el Oxígeno. El Metal actúa con estado de oxidación positivo y –2 del Oxígeno. Nomenclatura: Jorge
OXIDO DE y luego el nombre del Metal, cuando este tiene un estado de oxidación.
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OXIDO, y luego el Metal terminado en OSO e ICO para dos estados de oxidación.
A continuación, se muestran algunos ejemplos de este tipo de compuestos: Na2O FeO CaO Fe2O3 Al2O3 PbO CdO
Óxido de Sodio Óxido Ferroso Óxido de Calcio Óxido Férrico Óxido de Aluminio Óxido Plumboso Óxido de Cadmio
Ácidos (anhídridos)
Son compuestos que resultan de la combinación de un No Metal con el Oxígeno, tomando en cuenta el estado de oxidación positivo del No metal y –2 del Oxígeno. Nomenclatura:
ANHIDRIDO y luego el nombre del no metal terminado en ICO cuando este tiene un solo estado de oxidación. Cuando tiene dos estados de oxidación su nombre termina en OSO e ICO. Cuando presenta más estados de oxidación (4) se realiza de la siguiente manera: HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO Los siguientes son ejemplos de compuestos de este tipo: B2O3 Anhídrido Bórico CO2 Anhídrido Carbónico As2O3 Anhídrido Arsenioso As2O5 Anhídrido Arsénico SO2 Anhídrido Sulfuroso SO3 Anhídrido Sulfúrico Cl2O Anhídrido Hipocloroso Cl2O3 Anhídrido Cloroso
Peróxidos Se considera que el estado de oxidación del Oxígeno es –1. Son óxidos de ciertos metales que asocian a su molécula un átomo de oxígeno adicional. Se presentan en los siguientes elementos: H, elementos del grupo IA, Be, Mg, Ca, Cu, Zn. Nomenclatura:
PERÓXIDO DE, y el nombre del metal. PERÓXIDO, y el nombre del metal terminado en OSO e ICO cuando tiene dos estados de oxidación.
Ejemplos de estos compuestos se muestran a continuación: Na2O2 Peróxido de Sodio BeO2 Peróxido de Berilio Jorge
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CaO2 H2O2 Cu2O2 CuO2 H2O2
Peróxido de Calcio Peróxido de Hidrógeno Peróxido Cuproso Peróxido Cúprico Peróxido de Hidrógeno
Óxidos salinos o mixtos: Compuestos que resultan al sumar dos óxidos de un mismo metal. Esto es, los óxidos de metales con dos estados de oxidación. Estos compuestos responden a la siguiente fórmula: M3O4 Nomenclatura: ÓXIDO SALINO DE, y luego el nombre del METAL. Compuestos de este tipo se muestran a continuación: Fe3O4 Óxido Salino de Hierro Mn3O4 Óxido Salino de Manganeso Cu3O4 Óxido Salino de Cobre Pb3O4 Óxido Salino de Plomo Sn3O4 Óxido Salino de Estaño Ni3O4 Óxido Salino de Níquel
COMPUESTOS TERNARIOS Son compuestos que presentan en sus moléculas átomos de tres elementos distintos. Estos son:
Hidróxidos Son compuestos oxigenados e hidrogenados. Se obtienen debido a la unión de un Metal y el Grupo Hidróxido (OH): Se obtienen también combinando un ÓXIDO BÁSICO (Óxido Metálico) con el AGUA, y aumentando tantas moléculas de agua como oxígenos tenga el óxido: Nomenclatura:
HIDRÓXIDO DE, y luego el nombre del metal cuando tiene un solo estado de oxidación. HIDRÓXIDO, y el metal terminado en OSO e ICO cuando presenta dos estados de oxidación.
Los siguientes compuestos son ejemplos de este tipo: Na(OH) Mn(OH)2 Ca(OH)2 Mn(OH)3 Al(OH)3 Cu(OH) Zn(OH)2 Jorge
Hidróxido de Sodio Hidróxido Manganoso Hidróxido de Calcio Hidróxido Mangánico Hidróxido de Aluminio Hidróxido Cuproso Hidróxido de Zinc
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Oxácidos u oxoácidos: Estos compuestos resultan de la unión de un Óxido Ácido (Anhídrido) con el Agua: Son de tres clases: ORTO, META y PIRO ORTO Se obtienen de la siguiente manera:
Escribir los símbolos del Hidrógeno, No Metal y Oxígeno. El número de HIDRÓGENOS es igual al estado de oxidación negativo del No Metal. El número de OXÍGENOS es igual a la suma del número de hidrógenos con el estado de oxidación positivo del no metal y dividido para 2.
Nomenclatura
ÁCIDO ORTO y luego el nombre del no metal terminado en ICO, si este tiene un solo estado de oxidación. Cuando el no metal tiene dos estados de oxidación su nombre termina en OSO e ICO. Si tiene más de dos, tenemos: HIPO
____ OSO ____ OSO ____ ICO PER ____ ICO A continuación, se muestran algunos compuestos de este tipo: H3BO3 H2SO3 H2SO4 H3PO3 H3PO4 HClO HClO2 HClO3
Ácido Bórico Ácido Sulfuroso Ácido Sulfúrico Ácido Fosforoso Ácido Fosfórico Ácido Hipocloroso Ácido Cloroso Ácido Clórico META
Se obtiene quitándole al ácido ORTO, 2 Hidrógenos y 1 Oxígeno, esta regla se cumple únicamente con las familias III, IV y VA. Nomenclatura
ÁCIDO META, y luego el no metal terminado en ICO, cuando tiene un solo estado de oxidación. Cuando posee dos estados de oxidación, el nombre del no metal termina en OSO o ICO.
Los siguientes son ácidos de este tipo: HBO2 Ácido Metabórico H2SiO3 Ácido Silísico H2CO3 Ácido Carbónico HAsO2 Ácido Metarsenioso Jorge
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HAsO3 Ácido Metarsénico HSbO2 Ácido Metantimonioso HSbO3 Ácido Metantimónico PIRO Se obtienen duplicando el ácido ORTO y quitándole 2 Hidrógenos y 1 Oxígeno. Se obtienen también añadiéndole al Ácido ORTO su anhídrido respectivo. Para el B, grupos IV y V se forman sumando el orto y la meta. Nomenclatura
ÁCIDO PIRO, el nombre del no metal terminado en ICO. Cuando el no metal tiene 2 estados de oxidación, su nombre termina en OSO e ICO.
Los siguientes son ácidos de este tipo: H4B2O5 H2S2O5 H2S2O7 H4As2O5 H4As2O7
Ácido Pirobórico Ácido Pirosulfuroso Ácido Pirosulfúrico Ácido Piroarsenioso Ácido Piroarsénico
Oxácidos de metales: Algunos metales al actuar con números o estados de oxidación altos como +4, +5, +6, +7 y a veces +3 forman oxácidos: H2CrO4 H2Cr2O7 H2MnO4 HMnO4 HBiO3 H3VO4 H3AlO3 HAlO2 H2WO4
Ácido Crómico Ácido Dicrómico Ácido Mangánico Ácido Permangánico Ácido Metabismútico Ácido Ortovanadico Ácido Alumínico Ácido Metalumínico Ácido Túngstico
Oxosales u oxisales neutras: Proceden de la neutralización total de un Oxácido con un Hidróxido o Base. Todos los Hidrógenos del Oxácido son reemplazados por metales o radicales. Nomenclatura: Para dar el nombre se debe ver de qué ácido provienen, cambiando la terminación del ácido de la siguiente manera: ACIDO Oso Ico
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OXISAL ito ato
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A continuación, se muestran algunos ejemplos: Al2(SO4)3 NaNO3 Ca(ClO)2 Cd(BO2)2 K2Cr2O7 KMnO4 NaBiO3 Cu4As2O5 FeS2O7
Sulfato de Aluminio Nitrato de Sodio Hipoclorito de Calcio Metaborato de Cadmio Dicromato de Potasio Permanganato de potasio Metabismutato de Sodio Piroarsenito Cuproso Pirosulfato Ferroso
Ecuaciones químicas Muchas sustancias químicas pueden combinarse para dar lugar a otras sustancias de distinta naturaleza. A estos fenómenos se los denomina reacciones químicas. Una ecuación química consta de dos miembros separados por una flecha que indica el sentido de la transformación. Las sustancias que la inician se denominan reactivos y van al lado izquierdo de la flecha. Las sustancias finales que se obtienen son los productos y van a la derecha de la flecha. Reactivos Productos A + B
C + D
Al estado físico de las sustancias que intervienen en una reacción se lo indica mediante símbolos que se colocan detrás de cada fórmula. Si el elemento o compuesto es:
Sólido (s) Líquido (l) Gas (g) Acuoso (ac o aq)
Ley de conservación de la masa Esta ley menciona que “la masa no se crea ni se destruye, solo se transforma”. En toda reacción química la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos de la reacción. Ejemplo: Si 100 gramos de A reaccionan con 50 g de B para producir 70 gramos de C, ¿cuántos gramos de D se espera que se produzcan tomando en cuenta la siguiente reacción?
A+B
C+D
Se reemplazan los datos que se conocen de la reacción y el dato que no se conoce, en este caso, D se pone como incógnita. 100 g + 50 g = 70 g + D 150 g = 70 g + D D = 80 g
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Ley de proporciones definidas Las cantidades relativas de los elementos constitutivos de un compuesto permanecen constantes, independientemente del origen del compuesto inicial. En el siguiente ejemplo, los reactivos son H2 y O2: se combinan en la proporción de 1 a 8 respectivamente: 𝟐𝑯𝟐 2 moles 2 4g
+ 𝑶𝟐 1 mol 32 32g
1
8
→ 𝟐𝑯𝟐 𝑶 2 moles 18 36g Simplificando 9
→ → →
Moles Peso molecular (PM) Masa= Moles* PM
→
Ley de Proust
Subíndices y coeficientes estequiométricos Las ecuaciones químicas describen abreviadamente las reacciones con base a las leyes de la transformación de la materia. Para que esta descripción sea totalmente correcta, hay que introducir coeficientes, llamados coeficientes estequiométricos. Estos indican en qué proporción intervienen las moléculas de reactivos y productos en una reacción química. Coeficiente estequiométrico. - es un número que se pone delante de cada especie química e indica la proporción en que esta especie se involucra en la reacción, cuando este número es igual a 1 no se coloca ningún número. Subíndice estequiométrico. - es un número que se ubica al lado derecho de un átomo o un ion e indican la cantidad de átomos o iones que tiene la especie química, cuando cualquiera de estos subíndices es 1 no se coloca ningún número. Ejemplo:
Coeficiente estequiométrico
4 Al2 (S1O4)3 Subíndices
- En el compuesto existen 2 átomos de aluminio y 3 iones sulfato - Existe en el ion sulfato 1 átomo de azufre y 4 átomos de oxígeno
Balance de ecuaciones El objetivo de balancear una ecuación química es que exista el mismo número de átomos en ambos lados de la flecha. Para ello se agregan coeficientes estequiométricos a los elementos o compuestos de la reacción, ya sean reactivos o productos.
Método por Tanteo Consiste en que las dos ecuaciones tengan los átomos de cada elemento químico en igual cantidad, aunque estén en diferentes sustancias.
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Pasos para balancear una ecuación química por tanteo: 1. Escribir la ecuación con la estructura básica para la reacción. 2. Contar los átomos de los elementos de los reactivos. 3. Contar los átomos de los elementos en los productos. 4. Cambiar los coeficientes para que el número de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación. Para igualar se tiene el siguiente orden:
Metales No metales o aniones que se mantengan a lo largo de la reacción Hidrógeno Oxígeno
5. Escribir los coeficientes en su razón más baja posible. Los coeficientes deben ser los números enteros más pequeños posibles. Por ejemplo, la ecuación química que representa la síntesis del amoníaco es: N2 + H2 → NH3 La ecuación no está completa porque el lado izquierdo tiene el doble de átomos de nitrógeno que el lado derecho. De igual manera hay una diferencia entre el número de átomos de hidrógeno del lado izquierdo y del lado derecho. Para estar de acuerdo con la ley de conservación de la masa, debe existir el mismo número de átomos en ambos lados de la flecha. Por lo que se necesita balancear la ecuación N2 + 3H2 → 2 NH3
(ecuación balanceada)
Método Algebraico Consiste en asignar una letra a cada una de las especies químicas como coeficientes en la ecuación química y se crean ecuaciones en función de los átomos de los elementos. Para resolver la ecuación se determina el valor de los coeficientes. Ejemplo: FeS + O2 → Fe2O3 + SO2 Se escribe una letra para cada una de las sustancias en la ecuación, se debe establecer cuántos átomos hay en los reactivos y cuántos átomos hay en los productos: A FeS + B O2 → C Fe2O3 + D SO2 Se escriben las ecuaciones que describen las relaciones entre la cantidad de átomos de un elemento a cada lado de la ecuación química: A = 2C A=D 2B =3C + 2D Se asigna un valor para alguna letra de la ecuación y se sustituyen los valores en las demás ecuaciones: si C=2; entonces A = 4 Jorge
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si A=4; entonces D = 4 B = [(3*2) + 2(4)] / 2 = 7 Se coloca el valor encontrado de las letras en los compuestos de la ecuación como coeficientes estequiométricos: 4 FeS + 7 O2 → 2 Fe2O3 + 4 SO2
Método Redox (Óxido – Reducción) Es un proceso químico en el que tiene lugar alguna variación en el número de oxidación de los elementos. Esta variación es la consecuencia de la transferencia de los electrones. -
Reductor: Especie química que pierde electrones. Oxidante: Especie química que gana electrones.
Ejemplo: 𝐻20 + 𝐶𝑙20 → 2𝐻 +1 𝐶𝑙 −1 Reductor
Oxidante
El número de oxidación del hidrógeno varía de 0 a +1, el hidrógeno es el agente reductor ya que se ha oxidado. El número de oxidación del cloro ha variado de 0 a -1, el cloro es el agente oxidante ya que se ha reducido. Pasos para balancear una ecuación química por el método Redox: 1. Verificar que la ecuación este bien escrita y completa. HNO3 + HI → NO + I2 + H2O 2. Colocar los números de oxidación en cada uno de los elementos de la reacción. 𝐻 +1 𝑁 +5 𝑂3−2 + 𝐻 +1 𝐼 −1 → 𝑁 +2 𝑂 −2 + 𝐼20 + 𝐻2 𝑂 Observar qué números de oxidación cambiaron en los elementos de la ecuación. 3. Se identifican las semirreacciones de oxidación y de reducción y se escriben por separado. 𝐼 −1 → 𝐼20 + 2𝑒
Semirreacción de oxidación
𝑁 +5 𝑂3−2 + 3𝑒 → 𝑁 +2 𝑂 −2 Semirreacción de reducción 4. Se ajusta los átomos de cada elemento en la semirreacción 2𝐼 −1 → 𝐼20 5. Se verifica que el número de electrones en las semireacciones sea el mismo, de no ser así, se debe multiplicar por un factor para obtener el mismo número de electrones en las dos semireacciones y simplificarlos. En el ejemplo se multiplica la oxidación por 3 y la reducción por 2 6𝐼 −1 → 3𝐼20 + 6𝑒 2𝑁 +5 𝑂3−2 + 6𝑒 → 2𝑁 +2 𝑂−2 6. Sumar las semireacciones para obtener la reacción global Jorge
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6𝐼 −1 + 2𝑁 +5 𝑂3−2 → 3𝐼20 + 2𝑁 +2 𝑂 −2 7. Colocar los resultados como coeficientes en el lugar correspondiente de la ecuación original 2𝐻 +1 𝑁 +5 𝑂3−2 + 6 𝐻 +1 𝐼 −1 → 2𝑁 +2 𝑂−2 + 3 𝐼20 + 𝐻2 𝑂 8. Completar el balanceo por tanteo y verificar la cantidad de átomos en cada miembro de la ecuación. 2HNO3 + 6HI →2 NO + 3I2 + 4H2O Ejercicios: 1. Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: 2.
Zn +HCl → ZnCl2 +H2 HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 +H2O Al2O3 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2O P + O2 → P2O3 Na + H2O → NaOH + H2 P2O5 + H2O → H3PO4 KClO3 → KCl + O2 Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método algebraico:
-
BaO2 + HCl → BaCl2 + H2O2 H2SO4 + C → SO2 + CO2 + H2O Ag2SO4 + NaCl → AgCl + Na2SO4 NaNO3 + KCl → NaCl + KNO3 FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 SO2 + O2 → SO3
3. Balancea las siguientes ecuaciones químicas por el método redox: - KClO3 + S + H2O → Cl2 + K2SO4 + H2SO4 - Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O + NO - I2 +HNO3 → HIO3 + NO+ H2O
ESTEQUIOMETRÍA Es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química.
Masa atómica y Avogadro A la unidad internacional para poder medir la cantidad de sustancia se le conoce como mol. Un mol representa una cantidad muy grande de unidades. La equivalencia en partículas de 1 mol es el número de Avogadro (NA) NA = 6,023 x 1023 unidades
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Cada átomo de la tabla periódica puede tener esta equivalencia, por ejemplo, para el caso del carbono: 1 mol de C = 6,023 x 102 átomos de C Para transformar la masa de cualquier elemento a la cantidad de átomos presentes en la misma es indispensable convertir la masa a moles. Para transformar la masa de un elemento a moles se hace lo que en el siguiente ejemplo: -
Calcular el número de átomos de Fe presentes en 22,21 g de Fe
Para convertir a número de moles se usa la masa atómica del elemento que se encuentra en la tabla periódica 22,21 𝑔 𝐹𝑒 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 = 0,40 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 55,85 𝑔 𝐹𝑒
Con el número de moles de Fe, se transforma a átomos con la equivalencia del número de Avogadro 0,40 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒 𝑥
6,023 𝑥 1023 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝐹𝑒 = 2,41 𝑥11023 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝐹𝑒 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒
Cálculo de la masa molecular Para calcular la masa molecular de un compuesto se necesita saber la cantidad de átomos de cada especie que compone la molécula. La suma de los pesos de los elementos que hay en un compuesto da como resultado la masa de la molécula y esto es equivalente a un mol del mismo compuesto. Para calcular la masa molecular del carbonato de hierro (III) Fe2 (CO3), se calcula de la siguiente manera: Elemento Hierro Carbono Oxígeno
Número de moles 2 3 9
Masa atómica (g) 55,85 12,01 16
Masa total (g) 111,70 36,03 144
111,7 (g Fe) +36,03 (g C) + 144 (g O) = 291,73 g Fe2(CO3)3 1 mol Fe2(CO3)3 = 291, 73 g Fe2(CO3)3
Fórmulas químicas La fórmula química es una representación simbólica de la molécula o unidad estructural de una sustancia en la que se indica la cantidad o proporción de átomos que intervienen en el compuesto. a. Fórmula molecular (compuestos covalentes): indica el número y clase de átomos de una molécula. H2O
HCl
O2
F2
b. Fórmula estructural (compuestos covalentes): se representa la ordenación de los átomos y cómo se enlazan para formar moléculas. Indica la secuencia y el ordenamiento espacial de los átomos en una molécula.
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c. Fórmula empírica (compuestos iónicos): indica la proporción de los diferentes átomos que forman dicho compuesto. Es la mínima relación que hay entre los átomos de un compuesto. Así, el cloruro sódico se representa por NaCl. Ejemplo: El ácido ascórbico (vitamina C) contiene 40,92 % en masa del carbono, 4,58 % en masa de hidrógeno y 54,50 % en masa de oxígeno. a. Determine la fórmula empírica del ácido ascórbico b. Establezca la fórmula molecular del ácido ascórbico si el peso molecular real es de 176,14 g Para resolver este ejercicio se pasa a moles cada uno de los elementos: 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶 = 3,40 𝑚𝑜𝑙 𝐶 12,01 𝑔 𝐶
40,92 𝑔 𝐶 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐻 = 4,53 𝑚𝑜𝑙 𝐻 1,01 𝑔 𝐻
4,58 𝑔 𝐻 𝑥 54,50 𝑔 𝑂 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂 = 3,40 𝑚𝑜𝑙 𝑂 16 𝑔 𝑂
Se dividen los resultados para el valor menor: 𝐶∶ 𝐻∶
3,40 𝑚𝑜𝑙 =1 3,40 𝑚𝑜𝑙
4,53 𝑚𝑜𝑙 = 1,33 3,40 𝑚𝑜𝑙
𝑂∶
3,40 𝑚𝑜𝑙 =1 3,40 𝑚𝑜𝑙
Si los resultados obtenidos no son números enteros se multiplica por cualquier valor entero, siguiendo un orden hasta que los resultados sean números enteros C: 1x3 =3
H: 1,33x3=3,99 ≈ 4
O:1x3 = 3
Los resultados representan los subíndices del compuesto en el orden en que fueron establecidos al inicio C3H4O3 Para determinar si se trata de una fórmula empírica o molecular se obtiene el peso del compuesto calculado y se compara con el valor real, si el factor es igual a 1 se tendrá una fórmula empírica y molecular a la vez, caso contrario, para encontrar la fórmula molecular se debe multiplicar cada subíndice del compuesto por el factor calculado.
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Cálculos con ecuaciones Una vez que se ha escrito e igualado la ecuación química de una reacción, si se conocen las masas atómicas de los elementos que intervienen en el proceso, se pueden conocer los cambios de masa que ocurren cuando los reactivos se convierten en los productos. Ejemplo: El metano (CH4) con el oxígeno (O2) produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2), como se muestra en la siguiente reacción CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2 a. Con 7,20x1021 moléculas de CH4, ¿cuántos gramos de H2O se van a producir? b. Con 6,5 moles de O2, ¿cuántos moles de CO2 se van a producir? c. Con 60 gramos de O2, ¿cuántos gramos de H2O se van a formar? 7,20 𝑥 1021 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝐶𝐻4 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 = 0,012 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 6,023 𝑥 1023 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝐻4
0,012 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 𝑥 6,5 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2 𝑥 60 𝑔 𝑂2 𝑥
2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 𝑂 18 𝑔 𝐻2 𝑂 𝑥 = 0,43 𝑔 𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝐻4 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 = 3,25 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙 𝑂2
1 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐻2 𝑂 18 𝑔 𝐻2 𝑂 𝑥 𝑥 = 33,75 𝑔 𝐻2 𝑂 32 𝑔 𝑂2 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂
Reactivo limitante y reactivo en exceso Cuando ocurre una reacción química, generalmente los reactivos no están presentes en las mismas cantidades estequiométricas. Están en diferentes proporciones que las que indica la ecuación balanceada Necesariamente un reactivo debe estar en exceso, en consecuencia, una parte de este sobrará al final de la reacción. Una reacción se va a detener cuando se consuma el reactivo que está en menor cantidad. Reactivo limitante: es el que se consume por completo y limita la reacción. Es el reactivo que produce menor cantidad de producto. Reactivo en exceso: es el que ingresa en mayor proporción, por lo tanto queda sobrante al finalizar la reacción. Por ejemplo si se tiene la siguiente reacción: MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O Si reaccionan 0,8 moles de MnO2 con 48,2 g de HCl: a. ¿Cuál es el reactivo limitante? b. ¿Cuál es el reactivo en exceso? c. ¿Cuánto se forma en gramos de Cl2? Jorge
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d. ¿Cuántos gramos de reactivo en exceso quedan sin reaccionar? Para resolver este ejercicio se transforma las cantidades de reactivos a las unidades deseadas de alguno de los productos, para este caso en particular se tiene Cl2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 70 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥 = 56 𝑔 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑛𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑀𝑛𝑂2 𝑥 48,2 g HCl x
1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 70 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥 𝑥 = 23,13 𝑔 𝐶𝑙2 36,46 𝑔 𝐻𝐶𝑙 4 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
El reactivo limitante es el que produce menor cantidad de producto, de modo que el reactivo limitante es el HCl y el reactivo en exceso es el MnO2; por tanto, la cantidad de Cl2 que se produce es 23,13 g de Cl2 Luego se transforma la cantidad de reactivo en exceso a moles. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑖𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑟 = 23,13 𝑔 𝐶𝑙2 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑛𝑂2 𝑥 = 0,33 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 70 𝑔 𝐶𝑙2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑙2
El reactivo que queda sin reaccionar se obtiene de la diferencia respecto al dato inicial 0,8 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 − 0,33 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2 = 0,47 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑀𝑛𝑂2
Rendimiento de reacción Cuando se efectúa una reacción química se calculan las cantidades de productos que se espera obtener a partir de las cantidades de reactivos utilizados y de la estequiometría de la reacción. En la práctica, suele ser frecuente que la cantidad obtenida sea menor de la esperada, es decir que la reacción tiene un rendimiento inferior al 100 %. Este menor rendimiento se da por diferentes causas: - La pérdida de material durante su manipulación. - El desarrollo de la reacción en condiciones inadecuadas. - La existencia de reacciones paralelas que dan lugar a productos no deseados. La relación entre la cantidad de producto final obtenido (rendimiento real) y la cantidad que debía obtenerse según la estequiometría de la ecuación (rendimiento teórico se expresa mediante el rendimiento de la reacción 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 (%) =
𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 × 100% 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
Ejemplo: Se hacen reaccionar 10 g de óxido de aluminio (Al2O3) con un exceso de ácido clorhídrico (HCl) para obtener 25 g de cloruro de aluminio. Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O a. Calcular el rendimiento de la reacción b. Si el rendimiento fuera del 60 %, ¿cuánto se esperaría que fuera el rendimiento real? 10 𝑔 𝐴𝑙2 𝑂3 𝑥
1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 𝑂3 2 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐴𝑙𝐶𝑙3 132 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 𝑥 𝑥 = 25,88 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 102 𝑔 𝐴𝑙2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙𝐶𝑙3
Para obtener el rendimiento de la reacción se reemplaza los datos obtenidos en la fórmula
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% 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =
25𝑔 𝑥100% = 96,59% 25,88𝑔
Para calcular el rendimiento real se procede de la siguiente manera: 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 =
𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙(%) × 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 100 %
𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 25,88𝑔𝑥
60% = 15,2 𝑔 𝐴𝑙𝐶𝑙3 100%
Ejercicios: 1. Se cuenta con 0,11 mol de níquel (Ni). Determina ¿Cuántos gramos representa? ¿Cuántos átomos de níquel se tiene en esa masa? 2. Si se tiene 1,35 x 1031 átomos de Au ¿cómo debería quedar expresada esta cantidad en moles? 3. La alicina muestra la siguiente composición porcentual en masa: C = 44,4 %; H= 6,21 %, S = 39,5 %; O = 9,86 %. Calcule su fórmula empírica y molecular si la masa es de 324 g. 4. Con base en la siguiente reacción: N2+3H2 →2NH3 contesta: Con 70 g de N2 ¿cuántas moles de NH3 se van a producir? Con 9 moles de H2 ¿cuántas moléculas de NH3 se van a producir? 5. Para producir 3,33 x 109 moléculas de NH3 ¿Cuántos gramos de N se necesita? 6. Calcule la masa de yoduro de plomo (II) PbI2 que se obtendrá al hacer reaccionar 15 g de yoduro de potasio, KI con un exceso de nitrato de plomo (II) Pb (NO3)2. En la reacción también se produce nitrato de potasio KNO3 7. Cuando el Al se transforma en Al2O3 al reducir el TiO2 a Ti. ¿Cuántos gramos de Titanio pueden producirse si se consumen 3,50 g de Aluminio? 8. Reaccionan 2,49 moles de CH4 con 6,25 moles de O2 para producir dióxido de carbono y agua como se muestra en la siguiente reacción: CH4 + O2 → CO2 + H2O ¿Cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso? ¿Cuántos gramos de CO2 se van a formar? ¿Cuántas moles de reactivo en exceso quedan sin reaccionar? 9. Considere la reacción de oxidación de NH3 por O2 en la que se produce NO y H2O. ¿Cuántos gramos de H2O se producen en esta reacción por gramo de NO? 10. El litio y el nitrógeno reaccionan para producir nitruro de litio 6Li + N2 → 2Li3N Si se hacen reaccionar 5 gramos de cada reactivo y el rendimiento es del 80,5% ¿cuántos gramos de Li3N se obtienen en la reacción?
Enlaces químicos Cuando los átomos entran en interacción mutua, de modo que se completan sus niveles energéticos exteriores, se forman partículas nuevas más grandes. Estas partículas constituidas por dos o más átomos se conocen como moléculas y las fuerzas que las mantienen unidas se conocen como enlaces. Hay dos tipos principales de enlaces: iónico y covalente. Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta. Las partículas formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro se conocen como iones. Para muchos átomos, la manera más simple de completar el nivel energético exterior consiste Jorge
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en ganar o bien perder uno o dos electrones. Este es el caso de la interacción del sodio con el cloro que forma cloruro de sodio a través de un enlace iónico. Estos enlaces pueden ser bastante fuertes pero muchas sustancias iónicas se separan fácilmente en agua, produciendo iones libres. Muchos iones constituyen un porcentaje ínfimo del peso vivo, pero desempeñan papeles centrales. El ion potasio (K+) es el principal ion con carga positiva en la mayoría de los organismos y en su presencia puede ocurrir la mayoría de los procesos biológicos esenciales. Los iones calcio (Ca2+), potasio (K+) y sodio (Na+) están implicados todos en la producción y propagación del impulso nervioso. Además, el Ca2+ es necesario para la contracción de los músculos y para el mantenimiento de un latido cardíaco normal. El ion magnesio (Mg2+) forma parte de la molécula de clorofila, la cual atrapa la energía radiante del Sol en algunas algas y en las plantas verdes.
Los enlaces covalentes están formados por pares de electrones compartidos. Un átomo puede completar su nivel de energía exterior compartiendo electrones con otro átomo. En los enlaces covalentes, el par de electrones compartidos forma un orbital nuevo (llamado orbital molecular) que envuelve a los núcleos de ambos átomos. En un enlace de este tipo, cada electrón pasa parte de su tiempo alrededor de un núcleo y el resto alrededor del otro. Así, al compartir los electrones, ambos completan su nivel de energía exterior y neutralizan la carga nuclear. Los átomos que necesitan ganar electrones para tener un nivel energético exterior completo y por lo tanto estable, tienen una fuerte tendencia a formar enlaces covalentes. Así, por ejemplo, un átomo de hidrógeno forma un enlace covalente simple con otro átomo de hidrógeno. También puede formar un enlace covalente con cualquier otro átomo que necesite ganar un electrón para completar su nivel de energía exterior. La capacidad de los átomos de carbono para formar enlaces covalentes es de extraordinaria importancia en los sistemas vivos. Un átomo de carbono tiene cuatro electrones en su nivel energético exterior. Puede compartir cada uno de estos electrones con otro átomo, formando enlaces covalentes hasta con cuatro átomos. Los enlaces covalentes formados por un átomo de carbono pueden hacerse con cuatro átomos diferentes (los más frecuentes son hidrógeno, oxígeno y nitrógeno) o con otros átomos de carbono.
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Fuerzas de interacción molecular Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del comportamiento no ideal de los gases. Ejercen aún más influencia en los estados más condensados de la materia (sólido y líquido). A diferencia de las fuerzas intermoleculares, las fuerzas intramoleculares permiten mantener juntos a los átomos de una molécula. Estas fuerzas estabilizan a la molécula, mientras que las fuerzas intermoleculares son las principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia. Las fuerzas intermoleculares suelen ser más débiles que las intramoleculares, por tal motivo, resulta más sencillo evaporar un líquido que romper sus moléculas como tal. Para comprender las propiedades de los estados de la materia condensados, es necesario conocer los distintos tipos de fuerza que actúan en ellos, como son: dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y las demás fuerzas de atracción que en conjunto se conocen como las Fuerzas de Van Der Waals.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solución, esta relación se expresa en unidades de concentración, las cuales se clasifican en unidades Físicas y Químicas.
UNIDADES FÍSICAS Estas unidades suelen expresarse en porcentajes, referidos a la masa (gramos) y al volumen (mililitros).
Porcentaje referido a la masa (%m/m) Relaciona la masa de soluto, en gramos, presente en una cantidad dada de solución. Por ejemplo: En la etiqueta de un frasco de vinagre aparece la información: solución de ácido acético al 4% en peso gramos. El 4% en peso indica que el frasco contiene "4 gramos de ácido acético en 100 gramos de solución" 𝑃 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 % = ∗ 100 𝑃 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Porcentaje referido al volumen (%v/v) Se refiere al volumen de soluto, en mililitros (mL), presente en cada 100 mL de solución. Por ejemplo: una solución tiene una concentración de 5%v/v, esto significa que se tienen 5 mL de soluto disueltos en 100 mL de solución. 𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 % = ∗ 100 𝑉 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Porcentaje masa-volumen (%m/v) Representa la masa de soluto (en gramos) por cada 100 mL de solución se puede hallar con la siguiente expresión: % Jorge
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𝑃 𝐺𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = ∗ 100 𝑉 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 6
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UNIDADES QUÍMICAS Estas unidades se basan en el uso del concepto de MOL. Recuerda que un mol indica la cantidad de moléculas presentes en una sustancia y su equivalencia corresponde al peso de las moléculas del compuesto o peso atómico de los átomos.
Molaridad (M) Se define como el número de moles de solución. Matemáticamente se expresa así: 𝑀=
de
soluto
disuelto
en
un
litro
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
Molalidad (m) Indica la cantidad de moles de soluto presentes en 1 Kg de solvente. NOTA IMPORTANTE: cuando el solvente es agua, y debido a que la densidad de esta es de 1g/mL, 1 Kg de agua equivale a un litro. Se expresa así: 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚) =
𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑘𝑔)
Normalidad (N) Relaciona el número de equivalentes gramos o equivalentes químicos de un soluto con la cantidad de solución (1L). Se expresa: 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛
ÁCIDO
Nº DE EQUIVALENTES
equi − g =
BASE
PM # hidrogenos
equi − g =
SAL
equi − g =
PM # OH
PM subindice por la valencia del metal
Por ejemplo: Para el ácido sulfúrico (H2SO4), un equivalente gramo corresponde a el peso molecular dividido entre el número de H+ capaz de producir, en este caso sería: 1 equiv = 98 gr/ 2H+ = 49 gramos.
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PREGUNTAS DE REPASO 1. ¿Cuál proceso permite a los organismos obtener la energía necesaria para realizar sus funciones vitales y a su vez excretar las sustancias de desecho? a) Metabolismo b) Fotosíntesis c) Fermentación d) Quimiosíntesis 2. Un disacárido es un compuesto formado por dos unidades de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Los principales disacáridos son: a) b) c) d)
Glucosa, galactosa, fructosa Sacarina, almidón y glucosa Sacarosa, maltosa y lactosa Glucógeno, almidon y celulosa
3. La oveja Dolly fue el primer mamífero clonado que logró tener crías completamente normales. Pero al pasar de pocos años, la oveja padeció múltiples enfermedades como artritis y adenomatosis pulmonar lo que le provocó un tumor pulmonar. ¿Los científicos atribuyen este suceso al tipo de célula que se clonó, la cual fue? a) b) c) d)
Una mórula producto de la fecundación de diferentes gametos. Una célula somática de la ubre de la oveja clonada. Un blastómero de la mórula producto de la fecundación. Una célula somática de la piel de la oveja clonada.
4. Relacione el mecanismo de expresión genética de los ácidos nucleicos con su función. Mecanismo 1. Replicación 2. Transcripción 3. Traducción
Proceso a) Proceso por el cual los ribosomas convierten la secuencia de codones del ARNm en una secuencia de aminoácidos b) Proceso de copia de un gen o fragmento de ADN utilizando ribonucleótidos para formar diferentes tipos de ARN c) Proceso por el cual el ADN se copia para poder ser transmitido a nuevos individuos
a) 1a, 2b, 3c b) 1a, 2c, 3b
c) 1b, 2c, 3a d) 1c, 2b, 3a
5. Complete el enunciado. Un sistema coloidal tiene dos _______, un dispersante y otra _______. En ambas, los solutos se denominan _______. a) fases - dispersora - micelas b) estructuras - difusa - reactivos c) fases - difusa - moléculas d) partes - solvente – micelas Jorge
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6. Seleccione los procesos catabólicos que ocurren en el metabolismo celular. 1. 2. 3. a) b) c) d)
Síntesis de proteínas Glucólisis Ciclo de Krebs 1, 2, 4 1, 3, 4 2, 3, 5 2, 4, 5
4. Ciclo de Calvin 5. Fermentación
7. La aorta, carótida e ilíaca corresponden a nombres de vasos arteriales. Las arterias se caracterizan por: a) b) c) d)
Tener su origen en los ventrículos. Llevar sangre de los tejidos hacia el corazón. Tener válvulas en toda su trayectoria. Transportar sangre poco oxigenada.
8. Ordene los elementos según su electronegatividad en orden creciente.
a) b) c) d)
1. Ca 2. F 1, 3, 6, 5, 4, 2 2, 4, 5, 6, 3, 1 3, 6, 5, 4, 2, 1 6, 5, 4, 2, 1, 3
3. Fe 4. Cl
5. Br 6. I
9. Relacione los elementos químicos con sus símbolos. Elemento Símbolo 1. Itrio a) Sb 2. Arsénico b) I 3. Yodo c) Ar 4. Antimonio d) Y e) As A) 1a, 2b, 3d, 4c B) 1b, 2a, 3d, 4e C) 1d, 2c, 3e, 4b D) 1d, 2e, 3b, 4ª 10. La natalidad, la mortalidad, emigración e inmigración son factores que influyen en: a) b) c) d)
La salida de individuos hacia otros biotipos. Las causas que producen el crecimiento natural y real. El grado de aislamiento del fenotipo. La densidad de una población. 11. De la unión de un hombre de grupo sanguíneo A heterocigoto con una mujer del grupo sanguíneo B heterocigoto, sus descendientes podrán tener grupos sanguíneos:
a) AB Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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b) c) d) e)
A, AB, B y O A, B y AB A, B y O AyB
12. Ordene las etapas del desarrollo embrionario humano, desde la más temprana hasta la más tardía. 1. Blastocisto 4. Gastrulación 2. Cigoto 5. Mórula 3. Neurulación 6. Organogénesis a) 1, 2, 5, 3, 4, 6 b) 2, 5, 1, 4, 3, 6 c) 4, 1, 3, 2, 6, 5 d) 6, 4, 3, 5, 1, 2 13. Ordene cronológicamente los hechos planteados en la teoría del Big Bang, desde el más temprano al más tardío. 1. 2. 3. 4.
Formación de estructuras Gran unificación Inflación cósmica Nucleosíntesis
a) b) c) d)
1, 3, 4, 2 2, 3, 4, 1 3, 2, 1, 4 4, 1, 3, 2
14. La ley de Hardy-Weinberg dice que una población en equilibrio mantiene las frecuencias de sus alelos de generación en generación. Para que la población mantenga este equilibrio genético, son necesarias las siguientes condiciones, excepto: a) b) c) d)
tamaño grande de la población apareamiento al azar ausencia de migraciones selección natural
15. Los condrocitos son células maduras que se alojan en cavidades denominadas condroplastos o condroceles y forman parte de un tejido especial de sostén que se denomina: a) b) c) d)
Tejido adiposo. Tejido cartilaginoso Tejido óseo Tejido hematopoyético
16. La lluvia ácida, responsable de los daños directos en los bosques, lagos, suelos, ríos, tiene su origen: a)
La combinación del vapor de agua, rayos solares y oxígeno.
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b) c) d) e)
La emisión de compuestos clorofluorocarbonados. La industria metalúrgica. Radiaciones visibles, infrrarrojas y microondas. El deterioro de la capa de ozono. 17. La fotosíntesis comprende una etapa luminosa que se produce en ________ y una etapa oscura en el estroma, donde la reacción del _______ sintetiza la glucosa. a) b) c) d)
La matriz del cloroplasto – ciclo de Calvin. Los tilacoides – ciclo de Calvin. El cloroplasto – ciclo del ácido fosfoclicérico. La membrana externa – ATP.
18. Seleccione los enunciados que describen cambios químicos de la materia. I. II. III. IV. V. VI.
A) B) C) D)
Evaporación del agua Limpieza de una mancha con jabón Respiración de los seres vivos Dilatación del Hg en un termómetro Digestión estomacal Vulcanización del caucho
1, 2, 5, 6 1, 3, 4, 6 2, 3, 4, 5 2, 3, 5, 6
19. Relacione los elementos con el grupo al que pertenecen. Elemento Grupo 1. Calcio a) Alcalinos 2. Potasio b) Carbonoides 3. Silicio c) Halógenos 4. Cloro d) Alcalino-térreos a) b) c) d)
1a, 2c, 3b, 4d 1b, 2c, 3d, 4a 1c, 2d, 3a, 4b 1d, 2a, 3b, 4c
20. Identifique la fórmula empírica del ácido ascórbico, sabiendo que está formado por 40,92 % de carbono, 4,58 % de hidrógeno y 54,50 % de oxígeno. a) C3H4O3 b) C9HO12 c) C7H7O4 d) CHO
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21. En la actualidad la biotecnología busca nuevas alternativas en el campo de la salud, el ambiente y los alimentos. Uno de esas tecnologías involucra el transferir genes de un organismo a otro tanto en plantas como en animales, para poder obtener un producto, un bien o un servicio para el beneficio del hombre. Esta técnica biotecnológica se conoce como: a) Agrotecnología. b) Terapia génica. c) Bioinformática. d) Transgénesis. 22. El cloruro de sodio (NaCl) es un compuesto formado por dos iones: un catión sodio y un anión cloruro. Los enlaces de los compuestos iónicos se forman cuando: a) b) c) d)
Un átomo cede electrones y otro los acepta. Los átomos comparten los electrones de su último nivel. Las cargas de los electrones hacen que estos se repelan. No intervienen cargas eléctricas y la unión es poco estable.
23. El pelo moteado de un conejo es su_________; su condición heterocigota es el _________, el cual se representa como _________. a) b) c) d)
genotipo - fenotipo - aA fenotipo - híbrido - AA fenotipo - genotipo - Aa híbrido - genotipo – aa
24. La formación del huso acromático es un evento que ocurre en la: a) b) c) d)
Profase Metafase Anafase telofase
25. En cuanto a los órganos de los sentidos que conforman el sentido de la vista ¿cuál de las siguientes estructuras no pertenece a los órganos que forman parte del aparato de la visión? a) b) c) d)
Córnea Cóclea Esclerótica Humor acuoso
26. Son organismos eucariontes, heterótrofos, con pared celular de quitina y sin locomoción: a) b) c) d)
Protista Archeobacteria Fungi Animalia
27. Elija cuál de las siguientes estructuras de la neurona corresponde al siguiente enunciado “son ramificaciones cortas que parten del cuerpo de la neurona, a través de las cuales las neuronas se conectan entre si y reciben la información”.
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e) f) g) h)
Cuerpo neuronal Axones Dendritas Nodos de Ranvier
28. La faringe tiene una doble función ya que permite el paso tanto del alimento como del aire, ya que comunica tanto a la cavidad oral y a la cavidad nasal con el esófago y la tráquea respectivamente; de estas dos últimas indique cuál de las siguientes características corresponden a la tráquea: a) b) c) d)
Corresponde a una fila de anillos cartilaginosos. En la región posterior existe la ausencia de cartílago y encontramos a un tabique muscular. La capa más interna es una capa mucosa que secreta moco. Todas las anteriores
29. Corresponden a organismos unicelulares, eucariontes y heterótrofos, que se utilizan en procesos de fermentación anaerobia: a) Bacterias b) Protozoarios c) Cianobacterias d) Levaduras 30. ¿Cuál de los siguientes sistemas es el encargado de llevar a cabo la respuesta hormonal, es decir la segregación, como reacción a un estímulo, de sustancias denominadas hormonas que controlan el funcionamiento de ciertos órganos? i) j) k) l)
Sistema endócrino Sistema nervioso. Sistema osteomuscular. Sistema cardiocirculatorio.
31. Los carbohidratos, lípidos y aminoácidos constituyen elementos esenciales para la vida y contienen enlaces de carbono en su estructura básica, el carbono es el elemento indispensable para la vida, porque: a) b) c) d)
Forma dióxido de carbono, que es importante para la respiración. Es el principal constituyente de las moléculas orgánicas. Es el generador de los neurotransmisores que constituyen el impulso nervioso. Participa en la transferencia de energía calorífica.
32. A lo largo de la historia se ha buscado alternativas químicas para remediar suelos y aguas contaminadas por hidrocarburos, producto de la explotación petrolífera. Pero estas alternativas de remediación a lo largo del tiempo han resultado costosas y han creado compuestos secundarios producto de su interacción con la naturaleza. Por lo que en la actualidad se buscan nuevas técnicas como la fitorremediación en la que se utilizan plantas para bioacumular componentes tóxicos en sus tejidos vegetales y remediar los suelos contaminados. A esto se conoce como: a) b) c) d)
Biorremediación Biodegradabilidad Bioestimulación Atenuación natural
33. Complete lo siguiente:
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Entre las nuevas aplicaciones ………………………………. para facilitar la degradación de componentes orgánicos por parte de poblaciones microbianas, las cuales son de origen ……………………………. de los propios microrganismos. Encontramos a los ……………………………. que son capaces de reducir la tensión superficial entre a fase acuosa y oleaginosa, lo que permite la biodisponibilidad de compuesto orgánicos como los ……………………………… producto de la extracción de petróleo. Y a los ………………………………. que permiten estabilizar las emulsiones entre el agua y el compuesto orgánico lo que lo hace más biodisponible a la degradación bacteriana. Estas dos técnicas entre varias más se conocen como formas de …………………………… a) b) c) d)
Biosurfactantes, biotecnológicas, bioemulsionantes, biológico, hidrocarburos, biorremediación Biotecnológicas, biológico, biosurfactantes, hidrocarburos, bioemulsionantes, biorremediación Biorremediación, biológico, biotecnológicas, biosurfactantes, bioemulsionantes, hidrocarburos Biorremediación, biosurfactantes, hidrocarburos, biológico, biotecnológicas, bioemulsionantes
34. Relaciones los niveles de organización con sus atributos
1. 2. 3. 4. a) b) c) d)
Nivel Individuo Población Comunidad Ecosistema
Atributo a) Unidad básica de la evolución b) Unidad de selección natural c) Se producen ciclo de energía y nutrientes d) Interacción de organismos de diferentes especies
1a, 2b, 3c, 4d 1b, 2a, 3d, 4c 1c, 2d, 3a, 4b 1d 2a, 3b, 4c
35. Células dentro de la inmunidad adaptativa, encontramos Linfocitos T, B y NK; de estos tres los linfocitos B producen moléculas denominadas: a) b) c) d)
Antígenos Anticuerpos Proteínas plasmáticas Defensinas
36. La erradicación de la viruela se logró a través de un control focalizado en combinación mediante el cual se identificaban rápidamente nuevos casos de viruela, y se aplicaba la vacunación en anillo, es decir, la vacunación es una forma de adquirir inmunidad frente a varios agentes infecciosos, este tipo de transmisión de la inmunidad se denomina: a) b) c) d)
Inmunidad activa natural Inmunidad activa artificial Inmunidad pasiva natural Inmunidad pasiva artificial
37. Relacione la teoría del origen de la vida con el postulado: Teoría Postulado 1. Quimiosintética 2. Panspermia
a) Los primeros compuestos orgánicos se formaron en una atmósfera primitiva. b) La vida se formó por una fuerza divina superior
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3. Abiogénesis 4. Creacionismo a) b) c) d)
c) Las primeras formas vivientes llegaron a nuestro planeta desde el espacio exterior d) La vida surge a partir de cualquier materia no viviente o inerte
1a, 2c, 3d, 4b 1b, 2c, 3d, 4a 1c, 2d, 3a, 4b 1d, 2a, 3b, 4c
38. La célula posee varias rutas metabólicas cuya función final es la producción de moléculas energéticas de ATP. El proceso inicial que marca la ruta glucólisis ocurre en: a) b) c) d)
El citoplasma y en ausencia de oxígeno. El citoplasma en presencia de oxígeno. La membrana interna de la mitocondria. Las crestas mitocondriales.
39. Escribe el tipo adecuado de interacción de la comunidad: bacterias, que viven en el intestino humano, que sintetizan la vitamina K: _______; bacterias que causan enfermedades: ________; una garrapata que succiona sangre: _________; una abeja que poliniza una flor: _______; hongos que cubren árboles _________. a) b) c) d)
mutualismo; parasitismo; parasitismo; simbiosis; competencia parasitismo; mutualismo; parasitismo; mutualismo; competencia mutualismo; parasitismo; parasitismo; mutualismo; competencia parasitismo; mutualismo; parasitismo; competencia; mutualismo
40. Cuál de los siguientes órganos corresponde al siguiente enunciado “es un órgano situado en el exterior de la membrana amniótica y su función es comunicar el sistema circulatorio de la madre y el del embrión, también actúa como filtro de microorganismos o de sustancias nocivas a) b) c) d)
Cordón umbilical Placenta Endometrio Miometrio
41. Cada región del cuerpo se encuentra formado por distintos huesos, de las siguientes agrupaciones señale la opción que no corresponde: a) b) c) d)
Cabeza: huesos parietales, huesos temporales, hueso occipital. Tórax: costillas, esternón, vertebras torácicas. Miembro inferior: fémur, radio, tibia, huesos del metatarso. Miembro superior: Humero, radio, cubito, huesos del metacarpo.
42. Las articulaciones se clasifican de acuerdo a su rango de movimiento en diartrosis (muy móviles) anfiartrosis (semimóviles) y sinartrosis (inmóviles). De los siguientes ejemplos de articulaciones elija una articulación de tipo diartrosis. a) Suturas craneales. b) Articulación diente-alveolo dentario. c) Articulación coxofemoral. Jorge Washington E8-20 y 6 de Diciembre; Tel: (02) 60-17-440; Cel: 09-9927-5196 www.preuniversitarionewton.com www.newtonvirtual.com
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d) Articulación entre discos intervertebrales. 43. Completa el enunciado: Los organismos _________ elaboran moléculas orgánicas para sí mismos, utilizando sustancias ________en presencia de __________. a) b) c) d)
Fotosintéticos–inorgánicas–luz solar Heterótrofos–orgánicas–energía activa Foto receptores–inorgánicas–energía de enlace Descomponedores–orgánicas–radiación solar
44. El escrito “El origen de las especies por medio de selección natural” fue escrita por: a) b) c) d)
Louis Pasteur August Weismann Charles Darwin Ninguna de las anteriores
45. El bosque tropical del Pacifico constituye un ecosistema complejo; posee un clima tropical húmedo, con temperaturas superiores a los 25°C. Hacia el norte, entre Ecuador y Colombia, tiene constantes precipitaciones desde diciembre a marzo con hasta 10 mm de lluvia al año. Desde abril a septiembre, es una época relativamente seca, con neblina o elbaceo interpropitario. Estos factores corresponden a: a) b) c) d)
Biocenosis Biotopo Biotipo Biotropismo
46. ¿Qué ocurre con las moléculas de un líquido cuando disminuye la temperatura? a) b) c) d)
Permanecen muy distantes y se reducen. Se alejan unas de otras y se desordenan. Se deslizan unas sobre otras y se separan Permanecen muy juntas y se ordenan
47. Ordene los niveles de organización ecológica de acuerdo con su complejidad de la más baja a la más alta. 1. 2. 3. a) b) c) d)
Individuo Célula Molécula 2,3,1,4,5,6,7,8 3,2,4,1,5,6,7,8 3.2,1,5,6,4,8,7 3,2,1,4,6,5,8,7
4. Población 5. Ecosistema 6. Comunidad
7. Biosfera 8. Bioma
48. El sistema inmune de los vertebrados contiene células especializadas para reconocer la presencia de antígenos (cuerpos extraños) que logren entrar al organismo. Estas células inmunitarias, denominadas B o T, poseen una alta diversidad de proteínas en sus membranas que les permiten reconocer los antígenos. Cuando alguna de esta células reconoce un antígeno, esta célula experimenta un proceso denominado selección clona, es decir se divide por mitosis. En un experimento se inyecta a un ratón dos antígenos en momentos diferentes y se observa la respuesta inmune como se observa en la siguiente figura:
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a) El antígeno A es más peligroso para el organismo que el antígeno B y por eso genera una segunda respuesta más fuerte. b) Entre más tiempo ocurra desde la inyección del antígeno, mayor debería ser el número de clones de células inmunitarias producidas. c) El antígeno B no provocó la clonación de las células inmunitarias, como sí ocurrió con el antígeno A. d) La segunda respuesta del organismo al antígeno A es mayor por la persistencia en el tiempo de algunos clones de células inmunitarias anti A. 49. La importancia biológica de los fosfolípidos desde el punto de vista biológico, se debe a que: a) b) c) d)
Intervienen el proceso de fosforilación del ATP Transportan sustancias dentro del retículo endoplasmático Catalizan las reacciones del metabolismo de las grasas Constituyen la estructura de la membrana celular
50. Complete: Al proceso por el cual se forman miles de espermatozoides en los machos se conoce como …………………………. mientras que en las hembras el proceso de formación de un óvulo y tres cuerpos lúteos se conoce como ………………………………… En el macho este proceso se produce desde la niñez, mientras que en la hembra desde la pubertad. a) b) c) d)
Mitosis, meiosis Ovogénesis, espermatogénesis Espermatogénesis, ovogénesis Espermatozoide, óvulo
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HOJA DE RESPUESTAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
A C B C A C A A A B B B C D B C B D D A D A C A B
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
C C D D A B A B B B B A A C B C C A C B D D D D C
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