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Edicin Especial parael Ministerio de EducacinProhibida su comercializacin
Edicin Especial parael Ministerio de EducacinProhibida su comercializacin
Mara Alejandra Lpez Verrilli
Sandra Pereda Navia
Biologa1Texto del estudiante
Educacin media
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Biologa1111Texto del estudiante
Educacin mediaEducacin media
BiologaEducacin media
Biologa
Ao 2014 Edicin Especial parael Ministerio de EducacinProhibida su comercializacin
Edicin Especial parael Ministerio de EducacinProhibida su comercializacin
Edicin Especial parael Ministerio de EducacinProhibida su comercializacin
Mara Alejandra Lpez Verrilli
Sandra Pereda Navia
Biologa1Texto del estudiante
Educacin media
Mara Alejandra Lpez VerrilliBioqumica
Universidad Nacional de San Luis, Argentina.Doctora de la Universidad de Buenos Aires,
rea Qumica Biolgica.
Sandra Pereda NaviaBioqumica
Pontificia Universidad Catlica de Chile.Profesora Educacin media con mencin en
Biologa y Qumica, Universidad Mayor.
El Texto del estudiante Biologa 1 Educacin media, es una obra colectiva, creada y diseada por el Departamento de Investigaciones Educativas de Editorial Santillana, bajo la direccin editorial de:
RODOLFO HIDALGO CAPRILE
SUBDIRECCIN EDITORIAL REA PBLICA:
Marisol Flores Prado
ADAPTACIN Y EDICIN:
Andrea Vergara Rojas
AUTORES:
Mara Alejandra Lpez Verrilli
Sandra Pereda Navia
CORRECCIN DE ESTILO:
Eduardo Arancibia Muoz
Ana Mara Campillo Bastidas
Cristina Varas Largo
Rodrigo Olivares de la Barrera
Jorge Rodrguez Pia
DOCUMENTACIN:
Paulina Novoa Venturino
Cristian Bustos Chavarra
REVISIN DE ESPECIALISTA:
Paula Faras Rodrguez
Pilar Olea Ortega
Ernesto Molina Balari
SUBDIRECCIN DE DISEO:
Vernica Romn Soto
Con el siguiente equipo de especialistas:
COORDINACIN GRFICA:
Ral Urbano Cornejo
DISEO Y DIAGRAMACIN:
Mariana Hidalgo Garrido
Ana Mara Torres Nachmann
lvaro Prez Montenegro
FOTOGRAFAS:
Csar Vargas Ulloa
Archivo Santillana
Latinstock
Wikimedia commons
ILUSTRACIONES:
Carlos Urquiza Moreno
Archivo editorial
CUBIERTA:
Ral Urbano Cornejo
PRODUCCIN:
Rosana Padilla Cencever
2013, by Santillana del Pacfico S. A. de EdicionesDr. Anbal Arizta 1444, Providencia, Santiago (Chile)
PRINTED IN CHILEImpreso en Chile por Quad/Graphics Chile S.A.
ISBN: 978-956-15-2301-2Inscripcin N: 235.665
Se termin de imprimir esta 1 edicin de265.600 ejemplares, en el mes de diciembre del ao 2013.
www.santillana.cl
ndicePresentacin
Este Texto ha sido escrito y diseado pensando en ti, como protagonista de tu proceso de aprendizaje. Procuramos entregarte los contenidos empleando un lenguaje sencillo, ilustraciones, esquemas y fotografas de calidad, con ejemplos cotidianos y con actividades y experimentos simples que te motiven a investigar y entender fenmenos que ocurren a tu alrededor. Esperamos que al recorrer las pginas de este libro puedas descubrir y admirar los principios comunes al funcionamiento de todas las formas vivientes, valorar la diversidad de tipos celulares y apreciar la interdependencia que existe entre estas. Tambin pretendemos que adquieras hbitos y conductas responsables frente a la mantencin de tu salud y al cuidado del medioambiente y de la biodiversidad presente en nuestro planeta.
Este libro pertenece a:
Nombre:
Curso: Colegio:
Te lo ha hecho llegar gratuitamente el Ministerio de Educacin a travs del establecimiento educacional en el que estudias.
Es para tu uso personal tanto en tu colegio como en tu casa; cudalo para que te sirva durante varios aos. Si te cambias de colegio lo debes llevar contigo y al finalizar el ao, guardarlo en tu casa.
En el texto hemos restringido las referencias web solo a sitios estables y de reconocida calidad, a fin de resguardar la rigurosidad de la informacin que all aparece.
3ndice
ndice
Biologa, la ciencia que estudia la vida 6
Unidad 1 La clula 12
Leccin 1: Cmo se descubri la clula? 14
Leccin 2: Qu tipos de clulas existen y cmo funcionan? 18
Leccin 3: Cmo son los organelos que producen energa en la clula? 28
Leccin 4: Cmo se origin la clula eucarionte? 34
Evaluacin intermedia 36
Leccin 5: De qu est compuesta la clula? 38
Leccin 6: Cul es la funcin de las enzimas? 50
Taller de ciencias 54
Evaluacin intermedia 56
Sntesis de la unidad 58
Evaluacin final 60
Me evalo 63
Actividades complementarias 64
Ciencia, tecnologa y sociedad 66
Unidad 2 Especializacin y transporte celular 68
Leccin 1: Cmo se organizan las clulas en los organismos pluricelulares? 70
Leccin 2: Cmo se comunica la clula con su entorno? 82
Evaluacin intermedia 100
Leccin 3: Cmo ingresa y sale el agua de una clula? 102
Taller de ciencias 110
Leccin 4: Cul es la importancia de la permeabilidad celular? 112
Evaluacin intermedia 118
Sntesis de la unidad 120
Evaluacin final 122
Me evalo 125
Actividades complementarias 126
Ciencia, tecnologa y sociedad 128
ndice4
ndice
Unidad 3 Fotosntesis 130
Leccin 1: La fotosntesis 132
Leccin 2: Fases de la fotosntesis 144
Leccin 3: Factores que afectan a la fotosntesis 148
Taller de ciencias 152
Evaluacin intermedia 154
Leccin 4: Productividad en los ecosistemas 156
Evaluacin intermedia 164
Sntesis de la unidad 166
Evaluacin final 168
Me evalo 171
Actividades complementarias 172
Ciencia, tecnologa y sociedad 174
Unidad 4 Materia y energa en los ecosistemas 176
Leccin 1: De dnde obtienen energa los seres vivos? 178
Leccin 2: Cmo se comporta un ecosistema? 182
Taller de ciencias 190
Leccin 3: Cmo fluyen la materia y la energa en el ecosistema? 192
Evaluacin intermedia 200
Leccin 4: Cmo la actividad humana afecta la transferencia de materia en el ecosistema? 202
Evaluacin intermedia 212
Sntesis de la unidad 214
Evaluacin final 216
Me evalo 219
Actividades complementarias 220
Ciencia, tecnologa y sociedad 222
Solucionario 224
Anexos 234
Glosario 248
ndice temtico 252
Bibliografa 254
Agradecimientos 255
5ndice
Biologa, la ciencia que estudia la vida
En estas primeras pginas podrs conocer sobre esta ciencia que comenzars a estudiar en primer ao de educacin media.
La biologa es la ciencia que estudia la vida. Su campo es muy amplio, pues se encarga de investigar todos los grupos de seres vivos desde diferentes puntos de vista: su forma, sus funciones, su comportamiento, su desarrollo y las relaciones que establecen con su hbitat, entre otros aspectos.
Historia de la biologaAunque la mayora de los principales descubrimientos en el campo de las Ciencias Biolgicas se han efectuado en los dos ltimos siglos, aquellos se han podido producir solo gracias a los aportes que se han ido generando en los perodos anteriores.
La historia de las ideas biolgicas, como las de otras ciencias, no ha tenido una progresin constante, alternndose pocas florecientes con fases de estancamiento e incluso de regresin en cuanto a conocimientos. Las primeras ideas surgen en el siglo VI a.C., cuando Jenfanes de Colofn explica la presencia de restos de animales marinos en las montaas. Le siguen los aportes de Aristteles y Galeno en los siglos cuatro y dos a.C., respectivamente.
A partir del siglo XII se van generando nuevos aportes, entre los que se destacan: los estudios de anatoma humana realizados por Leonardo Da Vinci y Andreas Vesalio; la introduccin del trmino clula, hecha por Robert Hooke; la teora de la evolucin planteada por Darwin, y la publicacin de las leyes de la herencia propuestas por Gregor Mendel.
A partir del siglo XX, el conocimiento cientfico ha experimentado una aceleracin sin precedentes de la mano de un mejoramiento de los instrumentos de registro y medicin y del aumento de cientficos y grupos de investigacin.
Da Vinci, L. (1487). El hombre de Vitrubio. Venecia, Italia: Galera de la Academia de Venecia.
La biologa se considera una ciencia experimental que busca explicar, de forma razonada y mediante experimentos controlados, los procesos que ocurren en los seres vivos y establecer los principios que los rigen.
6 Introduccin
Biologa, la ciencia de la vida
En qu reas se divide la biologa?
Su campo es amplio, ya que abarca desde la funcin molecular y la estructura celular hasta el estudio de la bisfera. A continuacin, se entrega una descripcin general de las reas desarrolladas en esta ciencia.
EcologaEstudia la relacin entre los organismos y el medio ambiente.
ZoologaEstudia los animales.
PaleontologaEstudia los fsiles.
EvolucinEstudia los cambios de los organismos en el tiempo.
BotnicaEstudia las plantas.
GenticaEstudia la herencia biolgica.
FisiologaEstudia el funcionamiento de los organismos.
MicrobiologaEstudia los organismos microscpicos.
AnatomaEstudia la estructura interna de los organismos.
EmbriologaEstudia el desarrollo de los seres vivos, de la fecundacin al nacimiento.
BiotecnologaEstudia los procesos biolgicos aplicados a la industria.
VirologaEstudia los virus.
CitologaEstudia la clula.
BioqumicaEstudia la composicin qumica de la materia viva.
BIOLOGA
7IntroduccinIntroduccin
Biologa, la ciencia que estudia la vida
El pensamiento cientfico
La biologa, como todas las ciencias, sigue un mtodo de trabajo que se denomina mtodo cientfico. Este mtodo consiste en observar, reflexionar sobre lo observado y comprobar las ideas planteadas al inicio de la observacin para emitir una conclusin. El mtodo cientfico se basa en dos pilares fundamentales: la replicabilidad, que es la posibilidad de repetir un experimento en cualquier lugar y por cualquier cientfico, y la refutabilidad, que es la posibilidad de que toda proposicin o hiptesis cientfica pueda ser comprobada como verdadera o falsa.
A continuacin, te presentamos un ejemplo de cmo se aplic el mtodo cientfico al estudiar la generacin espontnea a partir de la materia no viva.
Antecedentes: La idea de que algunos seres vivos podan originarse directamente de materiales inanimados imper en el mundo de las ciencias durante casi veinte siglos. Segn esta teora, las anguilas se generaban del barro, las ranas de la lluvia y las moscas de la carne putrefacta.
ObservacinPlanteamiento del problema
Hiptesis
A comienzos del siglo XVII, el cientfico Francesco Redi se cuestiona la teora de la generacin espontnea.
Redi observ que unas larvas de moscas aparecan en un trozo de carne varios das despus de que unas moscas se posaran en ella.
Redi relaciona la aparicin de las larvas con la presencia de moscas.
Redi plantea la siguiente hiptesis: si las moscas se posan sobre la carne, entonces aparecen las larvas al cabo de varios das.
8 Introduccin
Biologa, la ciencia de la vida
Comunicacin
Experimentacin Anlisis Conclusin
Para comprobar la hiptesis, Redi realiza una serie de experimentos.
Coloca en ocho recipientes de vidrio trozos de carne y pescado y cierra con las tapas la mitad de estos.
Coloca en ocho recipientes de vidrio trozos de carne y pescado y cierra con gasa la mitad de estos para permitir el paso del aire.
Comprueba que solo en los frascos abiertos y en los que se posaron moscas aparecan las larvas.
Este experimento demostr que no es la falta de aire lo que impeda la generacin de larvas en la carne, sino la imposibilidad de que entraran en contacto la carne y las moscas.
Redi concluy que las larvas no se generaban a partir de la carne, sino que provenan de los huevos que las moscas ponan en ella.
Redi establece una nueva teora que se opone a las ya existentes. Esta investigacin pasa a ser un antecedente para nuevas investigaciones.
9Introduccin
Biologa, la ciencia que estudia la vida
Cmo influye la biologa en la vida?
En la actualidad, la biologa se aplica en diversas actividades humanas: la generacin de energa y el cuidado del ambiente, la investigacin mdica, la agricultura, la industria, la veterinaria, la tecnologa, entre otras.
Biologa medioambiental. Una de las ramas que relacionan la biologa con el medioambiente es la ecologa. Ella proporciona informacin sobre los ecosistemas, as como los criterios para la proteccin de estos.
Biologa industrial. El proceso natural de fermentacin es usado ampliamente en la industria panificadora, en la produccin de bebidas alcohlicas y en la elaboracin de productos lcteos. Tambin se trabaja en la extraccin de sustancias consideradas como bioactivas (alcaloides y vitaminas, entre otras).
Biologa agrcola y ganadera. En agronoma se estudian el ciclo productivo y la adaptabilidad de las cosechas con el objeto de mejorar el rendimiento de estas. En ganadera, el foco se centra en la seleccin gentica para el mejoramiento de las razas y de la productividad.
Biologa y medicina. Conocer bien algunos microorganismos ha permitido desarrollar antibiticos para detener muchas enfermedades. Los avances en bioqumica e inmunologa han permitido frenar algunas enfermedades infecciosas y disminuir el rechazo de rganos en los trasplantes.
Biologa industrial.El proceso natural de fermentacin es usado ampliamente en la industria panificadora, en la produccin de bebidas alcohlicas y en la elaboracin de productos lcteos. Tambin se trabaja en la extraccin de sustancias consideradas como bioactivas (alcaloides y vitaminas, entre otras).
Biologa y tecnologa. La ingeniera gentica ha permitido obtener sustancias como la insulina y la hormona del crecimiento. Se han desarrollado reas como la bioinformtica, que aplica la informtica al anlisis de datos biolgicos, y la biomecnica, que estudia la estructura mecnica de los seres vivos.
Biologa medioambiental.Una de las ramas que relacionan la biologa con el medioambiente es la ecologa. Ella proporciona informacin sobre los ecosistemas, as como los criterios para la proteccin de estos.
Biologa agrcola y ganadera.Biologa y medicina.
Biologa y tecnologa.
10 IntroduccinIntroduccin
Biologa, la ciencia de la vida
De qu me sirve estudiar biologa?
Probablemente, alguna vez te has hecho esta pregunta y quizs an no tengas una clara respuesta para ella.
El estudiar biologa te entregar conocimientos que te ayudarn a comprender, desde otro punto de vista, lo que ocurre a tu alrededor. Por ejemplo, el estudio del cerebro se ha utilizado para comprender el comportamiento humano; la investigacin de los microorganismos y de las clulas, para establecer nuevos tratamientos para enfermedades; observar las relaciones entre los organismos, para comprender la importancia de cada una de las especies que existen sobre el planeta. Al estudiar biologa tambin podrs comprender mejor cmo funciona tu cuerpo, el origen de la vida y cmo esta ha evolucionado en el tiempo, y entenders por qu solo un par de cromosomas hacen la diferencia entre un orangutn y t.
Y ahora?
Solo resta que comiences esta aventura y que disfrutes junto a tus compaeros de esta nueva experiencia.
11Introduccin
La clula
Leccin 1: Cmo se descubri la clula?
Conocerlosaportesrealizadospordiferentescientficosalestudiodelaclulaylospostuladosdelateoracelular.
Leccin 2: Qu tipos de clulas existen y cmo funcionan?
Distinguirlosdiferentestiposcelulareseidentificarlasfuncionesdelosdiferentesorganelos.
Leccin 3: Cmo son los organelos que producen energa en la clula?
Describirlafuncindecloroplastosymitocondrias.
Leccin 4: Cmo se origin la clula eucarionte?
Explicarlaimportanciadelateoraendosimbitica.
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
Identificarlasprincipalesbiomolculasinorgnicasyorgnicasyreconocerenquestructurasseencuentran.
Leccin 6: Qu funcin tienen las enzimas?
Describirelroldelasenzimaseidentificarlascondicionesptimasdesufuncionamiento.
Me preparo para la unidadComo has aprendido en aos anteriores, todos los seres vivos estn conformados por pequeas unidades denominadas clulas. Cada una de ellas tiene vida propia, ya sea como un organismo unicelular, o agrupada formando tejidos, como observas en la fotografa y como los que te constituyen. Busca en tu casa diferentes estructuras, juguetes, elementos, entre otros, que estn construidos en base a la repeticin de una estructura ms pequea que puedas identificar, como una muralla de ladrillos, un juguete de piezas ensamblables, un rompecabezas, entre otros. Dibuja la estructura pequea en tu cuaderno y luego, la que se conforma de varias de ellas. Durante la clase, comenta esta tarea a tus compaeros y reflexionen: de qu forma se podra establecer una relacin entre la estructura escogida en casa con la fotografa de tejido vegetal que observas en la fotografa.
1UNIDAD
Objetivos de la unidad
Unidad 1: La clula12
Para comenzar1. Lasestructurasrectangularesqueobservasenestas
pginassonclulasdeunaplantaacuticallamadaSpirodela.Qucreesquenecesitaesteorganismoparamantenerseconvida?,dequmaneraobtendrsualimento?,qutipodeclulasson?
2. Segnloquehasaprendidoenaosanteriores,reconocesalgunasestructurasinternasencadaclula?,cules?
3. Reflexionasobrelaideadequetodoslosseresvivosestnconstituidosporelmismotipodeestructurasbsicas:lasclulas,qupiensassobreestaidea?
4. Quimportanciatieneparalamedicinaelestudiodelaclula?
Unidad 1: La clula 13
Trabaja con lo que sabes
De qu est compuesto el tejido de epidermis de cebolla?
Materiales:
mediacebolla aguadestiladapinza azuldelmetilenoaguja papelabsorbenteportaobjeto tijeracubreobjeto gotario
UtilicenelAnexoUso de microscopiodelapgina236deltextoparacomplementareltrabajo.
Procedimiento:
1. Separendoscapasgruesasdelacebolla(catfilo)ydesprendancuidado-samentelamembranaadheridaentreellas.
2. Coloquenlamembranasobreunportaobjetosyextindanla.
3. Agreguenunagotadeaguayunagotadeazuldemetilenosobrelamuestra;djenloactuardurantecincominutos.
4. Lavenlamembranaconabundanteaguahastaquedejedesoltarcolorante.
5. Observenalmicroscopio;recuerdenquedebencomenzarporelmenoraumento.
6. Dibujenloqueobservan(anotencadavezelaumentoutilizado).Luego,respondanlaspreguntas.
a. Cmopodranfundamentarqueloqueobservanesuntejido?
b. Questructurascelularesidentifican?Rotlenlasensusdibujos.
c. Dibujenlosnivelesdeorganizacindelacebolla,desdelaclulaqueacabandeobservarhastaelrgano(cebolla).
Propsito de la leccin
Todoloquehasaprendidosobrelaclulahasidoproductodeaosdeestudiodemuchoscientficosycientficas,quelahanobservadocondetencinyasombro.Enestaleccinaprenderssobrelaprogre-sindesusestudios,elcontextoenelquesedesarrollaronysuvalorparaelavancedelamedicinaenlaactualidad.
Debes recordar: caractersticas generales de las clulas y niveles de organizacin de los seres vivos.
Unidad 1: La clula14
LECCIN 1:Cmo se descubri la clula?
Estudio de la clula
Losprimerosconocimientossobrelaclulaseremon-tanalao1665,graciasalasobservacionesdetejidosvegetalesrealizadasporRobert Hooke(fsicoingls).
EnsuobraMicrographiadescribicondetallequeeltejidodecorcho(tejidodecortezadeunrbol)estabaconstituidoporunaseriedepequeascel-das,parecidasalasdeunpanaldeabejas,alasquedenominclulas.
Sinembargo,estasceldillasdelcorchonoeranreal-menteclulascompletas,sinoqueparedesdeclulasvegetalesmuertas.
UncontemporneodeRobertHooke,Anton van Leeuwenhoek,ricocomerciantedehilos(holands)ynaturalistaaficionado,construymicroscopiossimplesqueaumentabanunaimagenhasta200veces.Graciasasusmicroscopios,estenaturalistapudorealizarinteresantesdescubrimientosalobservarelaguadelascharcasylosfluidosinternosdelosanimales.Pudoverporprimeravezorganismosunicelulares,alosquedenominanimculos.Tambinobservlevaduras,espermatozoides,glbulosrojose,incluso,bacterias.
Tejido de corcho dibujado por Hooke.
Con este microscopio que permita ver una imagen aumentada 50 veces, construido por l mismo, Hooke observ clulas por primera vez. Dibujo realizado por el mismo Robert Hooke.
1. CulcreestqueeraelproblemadeinvestigacinquemotivaHookeaobservarcondetencinlostejidosvegetales?Infiere.
2. QumspodrahaberobservadoHookesiensupocahubiesenexistidomicroscopioscomolosactuales?
Actividad 1 Pensamiento crtico
Leccin 1: Cmo se descubri la clula? 15
Unidad
Postulados de la teora celular
1. Laclulaeslaunidad morfolgicadetodoslosseresvivos,esdecir,todoslosseresvivosestnconstituidosporunaomsclulas.
2. Laclulaeslaunidad fisiolgicadelosorganismos.Laclula,comounidad,escapazderealizartodoslosprocesosmetabli-cosnecesariosparapermanecerconvida.
3. Laclulaeslaestructuradeorigenydeherenciadelosseresvivos,esdecir,todaclulaproviene,pordivisin,deotraclulaysolopuedensurgirapartirdeotrasyaexistentes.
Apartirdeloanteriorsepuedenafirmarlossiguienteshechosquecomplementanlateoracelular:
Lasclulassonsimilaresencuantoasucomposicinqumica.
Lasclulascontieneninformacinhereditariaquesetransmitealasclulashijas.
Laactividaddeunorganismodependedelaactividadtotaldesusclulas.
Tejido conductor en una preparacin de hoja de pino.
Teora celular
DuranteelsigloXVIIIapenashuboavancesenelestudiodelaclula,porquenoseperfeccionaronlosmicroscopiosy,portanto,nosepudomejorarlacalidaddelasobservaciones.Fueasquelostejidosanimalesnofueposibleobservarlosdurantemuchotiempo,ynoresulttansencillodescubrirquetambinestabanconstituidosporclulas.
166516651665
Hooke
Observacin de las primeras clulas vegetales.
Leeuwenhoek trabaja construyendo microscopios y observa glbulos rojos, espermatozoides, entre otras clulas.
Observacin de las primeras clulas animales.
Se establece que plantas y animales estaban formados por clulas.
Dutrochet, bilogo y fisilogo francs, establece la idea de que la estructura microscpica de algunas plantas y animales era muy similar, y que los diversos tejidos estaban formados por clulas diversificadas.
182418241824
Unidad 1: La clula16
Estafilococo y glbulos blancos.
Rudolf Virchow (1821-1902), mdico patlogo alemn, luego de estudiar el origen de diversas enfermedades, propone que estas se deban, en primera instancia, al mal funcionamiento de las clulas. Postula tambin que las clulas provienen de una preexistente, contribuyendo as al tercer postulado de la teora celular.
Tercer postulado de la teora celular.
Primer y segundo postulado de la teora celular.
Fueron los cientficos alemanes Mathias Schleiden (1804-1881) y Theodor Schwann (1810-1882), quienes, basndose en estudios previos, propusieron la idea de que todos los seres vivos estn formados por clulas. Esta propuesta inicial, complementada por nuevos descubrimientos, pas a constituir los dos primeros postulados de la teora celular.
183818381838 185518551855
1. Virchowpostulquecuandounorganismootejidopresentaunaenfermedadoalteracin,lasclulasindividualesquelocomponenseencuentranafectadas.a. QupostuladosdelateoracelulardebicomprenderVirchowparaplantearestaconclusin?b. Cmofundamentarasestaideaconloquehasaprendidosobrelasclulas?
2. Relacionalalneadetiempodeestaspginasconlaideadelcarcter dinmicodelaciencia.
3. Investigasobreaportesdeotroscientficosalestudiodelaclulaycompletalalneadetiempoentucuaderno.
Actividad 2 Pensamiento crtico
Observaeldibujodeclulasdecebollapublicadoen1834porSchwann.Luegoresponde.
1. Cuntasclulaspuedesidentificareneldibujo?
2. Qusimilitudesydiferenciaspodrasestablecerenrelacincontudibujorealizadoenlapgina14?
3. CmocreestquecontribuylaobservacindeSchwannalconocimientodelasclulasenlaactualidad?
Al finalizar la leccin...
Unidad
17Leccin 1: Cmo se descubri la clula?
Trabaja con lo que sabes
Diseando y construyendo un modelo celular
1. Observenlailustracindeunaclulaprocarionte(bacteria)ycomentenconsugrupodetrabajolasestructurasqueposee.
Luegoproponganlosmaterialesqueutilizarnparaconstruirunmodelodeestetipocelular.Algunosmaterialessugeridosson:gelatinatransparente,unrecipientedeplstico,esferasdeplumavit,lana,corchos,entreotros.
2. Luegodedisearlo,constryanlo.PuedenbuscarotrasilustracionesyfotografasenlibrosoInternet.
a. Qudiferenciaspuedenestablecerentresumodeloylasilustracionesdeclulaquehanvistoanteriormente?
b. Conqumaterialrepresentaroncadaestructura?
c. Culcreenustedesqueeselaportedelaconstruccindemodelosparaelestudiodelasciencias?
3. Presentensumodelodeclulaprocariontealrestodelcurso.Expliquenquestructurasposeeyqueservivoes.
Propsito de la leccin
Losseresvivos,desdelasbacterias(comolaqueacabasdemodelar)hastalosgrandesmamferos,pequeosinsectos,hongos,rboles,entreotros,estncompuestosdeclulas.Questructuraspresentanlasclulasquelespermitenserlaunidadbsicadetodoslosseresvivos?Enestaleccinaprenderssobrelostiposdeclulasqueexistenycmofuncionacadaunadeellas.
Debes recordar: estructura de la clula.
Flagelo
Membrana plasmticaRibosoma
Mesosoma
Pared celular
Nucleoide
Todos los seres vivos estn formados por clulas
Lasclulassonestructurascomplejasqueconstituyenelmnimoniveldevida,esdecir,nohayestructurasmssencillasconvida.Puedensermuypequeas,comolasbacteriasomsgrandesconmsdeunmetro,comolasclulasnerviosasdealgunospulposycalamares.
Losseresvivospuedenserunicelulares,siestnformadosporunasolaclula,omulticelulares,siestnformadospormuchasclulas.
Unidad 1: La clula18
LECCIN 2:Qu tipos de clulas existen y cmo funcionan?
A. Membrana plasmtica
B. Material gentico
C. Citoplasma
Podemosreconocerentretodoslosseresvivosdostiposdeclulas:lasproca-riontesylaseucariontes,quesediferencianensuniveldecompartimentalizacin(organizacindeespacios)queexistealinteriordeellas.Acontinuacinobservalasestructurasquepresentanencomnambostiposcelulares.
Componentes bsicos de todas las clulas
Todaslasclulas,seanprocariontesoeucariontes,presentanlassiguientesestructuras:
a. Tienenunamembrana plasmticaqueaslaelcontenidocelulardelmedioexternoyqueestudiarscondetalleenlaunidad2.
b. Contienenelcitoplasmaformadoporunlquidoviscosoyporlasestructu-rasylassustanciasquepermitenelmetabolismo celular.
c. Poseenmaterial gentico(ADNgeneralmente)enelqueseencuentraco-dificadalainformacinquedeterminamuchascaractersticasdelorganismo.
Observalasestructurasmencionadasenlassiguientesfotografas.
Clula vegetal.
Clula mucosa bucal.
Catfilo (epidermis) de cebolla.
A
B
C
A
B
C
Metabolismo celular: conjunto de
reacciones qumicas que se producen en
el interior de las clulas que conducen a
la obtencin de materia y energa para
su funcionamiento.
ADN: cido desoxirribonucleico,
molcula portadora del material
gentico.
Apuntes:
Unidad
Leccin 2: Qu tipo de clulas existen y cmo funcionan? 19
Clulas procariontes
Lasclulasprocariontesoprocariotas(dellatn:pro=antes;ydelgriego:karyon=ncleo)noposeenorganelosformadospormembranas,ycuentanconunnicocromosoma(ADN)queseencuentradispersoenelcitoplasma.
Estetipocelularconstituyeorganismosunicelulares,comolasbacterias,ysereproducepordivisincelularsimple.
Losprocariontespresentanformasvariablesyrecibendiferentesnombresenfuncindesuforma.As,loscocossonesfricos;losbacilos,alargados;losespirilostienenformadeespiral,entreotros.Algunasespeciesdebacteriastienenfilamentosqueseproyectandesdelasuperficiecelular:sonlosflagelosbacterianos.
Estructura general de una clula procarionte
Citoplasma. Sustancia acuosa de composicin variable en la que ocurre la mayora de las reacciones metablicas de la clula. Ocupa todo el interior celular, y en l se encuentra una gran cantidad de ribosomas y pequeos fragmentos de ADN circular (unido por sus extremos) denominados plsmidos.
La pared celular bacteriana es una estructura que rodea a la bacteria y le da forma. A la vez, es elstica, lo que impide que la clula se rompa debido a las variaciones de volumen interno. Est constituida por peptidoglicanos.
Flagelo. Estructura presente solo en algunas bacterias. Est formado por protenas que se unen a la membrana plasmtica. Su funcin es brindar movilidad a la clula.
La membrana plasmtica es una barrera selectiva, constituida de fosfolpidos. En ciertos sectores de la membrana, denominados mesosomas, se duplica el ADN cuando la clula se reproduce; tambin participa en la respiracin celular y, en algunos casos, contiene pigmentos fotosintetizadores.
Pili o fimbria. Filamentos carentes de movilidad que pueden presentar algunas bacterias. Permiten la adherencia a otras clulas y pueden participar en la comunicacin y transferencia de plsmidos entre dos bacterias. La cpsula est presente en algunas
clulas procariontes (generalmente patgenas) y cubre la totalidad de la clula. Se sintetiza en la membrana plasmtica y acta como una barrera de defensa. Presenta un aspecto gelatinoso.
Ribosomas. Organelos no membranosos presentes en las clulas procariontes. Participan en la sntesis de protenas.
El material gentico bacteriano est conformado por una molcula de ADN circular que se encuentra libre en el citoplasma.
Plsmido. ADN independiente del cromosoma bacteriano central. Se puede replicar y transferir de forma individual.
Unidad 1: La clula20
Lactobacillus. Tipo de organismo unicelular procarionte.
Mini Taller
Observar e identificar clulas procariontes
Quizshayasescuchadoenlatelevisinquealgunosyogurescontienenlactobacilosoprobiticosquecorrespondenabacterias.Acontinuacinteproponemosunprocedimientoquetepermitirobservarlosconayudadelmicroscopio.Puedenformargruposdetresocuatrointegrantesyturnarseparaobservar.
Renanlossiguientesmateriales.
Materiales
azcar yogurnatural 2portaobjetos
2vasos
2cubreobjetos azuldemetileno microscopio
Procedimiento
1. Coloquenunacucharadadeyogurencadavasoysoloaunopnganlemediacucharadadeazcar.Luegodjenlosenunlugarclidoduranteunpardehoras.
2. Viertanunagotadecadapreparadoenlosportaobjetos,luegoagrguenlesunagotadeazuldemetilenoydejenactuardurantealgunosminutos.
3. Tapenconuncubreobjetosyobservensuspreparadosalmicroscopio.
4. Dibujenloqueobservan,identificandoelaumentoutilizado.
Anlisis
a. Dibujenydescribansusobservaciones.
b. ComparenloobservadoconlafotografadeLactobacillusdeestapgi-na.Identifiquensussimilitudes.
c. Qudiferenciasobservanencadaunadelasmuestras(conysinazcar)?
d. Cmoexplicarasestadiferencia?
Recursos TIC
Los Lactobacillus son bacterias indispensables en la formacin del yogur, cuando se produce de manera natural. Estas bacterias consumen el azcar presente en la leche (lactosa) y producen cido lctico, lo que le da el sabor cido caracterstico del yogur. Busca en Internet diferentes fotografas de productos que contengan estos organismos y construye un afiche digital que explique los beneficios de este consumo.
cadacucharada
unadurante
sus preparados al microscopio. Los Lactobacillus son bacterias
cada vasocucharada
unadurante Recursos TIC
Unidad
Leccin 2: Qu tipo de clulas existen y cmo funcionan? 21
Ribosomas. Complejo formado por varias molculas de ARN (cido desoxirribonucleico), un tipo de material gentico) y protenas. Pueden estar asociados al retculo endoplasmtico si es rugoso, a la envoltura nuclear, o bien estar libres en el citoplasma. La funcin de los ribosomas es la sntesis de protenas. Estn constituidas por dos subunidades.
Retculo endoplasmtico liso (REL). Tiene la misma estructura del RER, pero carece de ribosomas. Se sintetizan los lpidos que forman parte de las membranas celulares y, en algunas clulas, adquiere funciones ms especficas, como la sntesis de hormonas esteroidales. La mayora de las clulas tiene una pequea cantidad de REL, pero este es ms abundante, por ejemplo, en las clulas del hgado, que tienen la funcin de modificar determinadas sustancias txicas, como alcoholes, pesticidas y otras drogas, inactivndolas y facilitando su eliminacin.
Membrana plasmtica. Estructura que rodea a la clula y la separa del medio externo. Es cien mil veces ms delgada que un cabello. Permite el intercambio de materiales y energa con el entorno. Es selectiva, por ello impide el paso de algunas molculas y permite el de otras, garantizando la integridad y la estabilidad del medio celular interno. Est compuesta de fosfolpidos y protenas que participan en el transporte de sustancias, que estudiars en la unidad 2.
Aparato de Golgi. Este componente celular est formado por un conjunto de seis a veinte bolsas membranosas planas, llamadas sacos, apilados unos sobre otros. Se ubican despus de los retculos. En este organelo, algunas protenas y lpidos producidos en los retculos son modificados y luego distribuidos mediante vesculas a un destino especfico, ya sea para formar parte de la membrana celular, o para exportarlos de la clula. Algunas de estas vesculas permanecen en el citoplasma y se conocen como lisosomas.
Lisosoma. (del griego lisis, rotura). Son vesculas membranosas que contienen enzimas que digieren estructuras celulares deterioradas y sustancias extraas que puedan ingresar a la clula.
Retculo endoplasmtico rugoso (RER). Complejo sistema de membranas interconectadas que se originan a partir de la envoltura nuclear. Presenta ribosomas asociados que participan en la produccin de protenas que sern utilizadas para formar las membranas de la clula. En algunos tipos celulares, como aprenders en la siguiente unidad, el RER produce enzimas digestivas.
Estructura general de una clula eucarionte (animal)
Unidad 1: La clula22
Centrolos. Son estructuras cilndricas compuestas por microtbulos, los que a su vez estn formados por una protena llamada tubulina. Se ubican en un rea denominada centrosoma, donde se originan y ensamblan los microtbulos antes de la divisin celular. Los centrolos se encuentran solo en clulas animales.
Citoplasma. Lquido viscoso al interior de la clula, en el que se encuentran los organelos y diversas molculas. Ocupa el espacio entre la membrana plasmtica y el ncleo.
Ncleo. Contiene en su interior la informacin gentica en forma de ADN y ARN. Este organelo est delimitado por una membrana doble con poros, llamada envoltura nuclear.
Peroxisomas. Pequeas vesculas membranosas que se originan a partir del REL. En estas vesculas, determinadas enzimas degradan las sustancias txicas derivadas del metabolismo celular, como por ejemplo el perxido de hidrgeno (H2O2), txico para la clula. Tambin, los peroxisomas oxidan los cidos grasos, preparndolos para su uso como materia prima en la respiracin celular, proceso que estudiars en la prxima leccin. Los peroxisomas son particularmente abundantes en las clulas del hgado, llegando a constituir hasta el 2 % del volumen celular.
Mitocondria. Organelo encargado de sintetizar la energa que requiere la clula mediante un proceso llamado respiracin celular, que estudiars en la siguiente leccin. El nmero de mitocondrias en la clula vara de decenas a cientos, dependiendo del tipo celular de que se trate. Las mitocondrias estn delimitadas por dos membranas. La ms externa es lisa, mientras que la membrana interna presenta pliegues llamados crestas mitocondriales. En el interior, las mitocondrias contienen enzimas, ADN, ARN y ribosomas ms pequeos que los citoplasmticos, muy similares a los ribosomas bacterianos.
Unidad
Leccin 2: Qu tipo de clulas existen y cmo funcionan? 23
Clula vegetal
Laclulavegetaltambinesunaclulaeucarionteyposeecasitodoslosorganelosquetieneunaclulaanimal.Sinembargo,existendiferenciasentrelasclulasvegetalesylasanimales,comolaausenciadeloscentrolosylapresenciadealgunosorganelosexclusivosdeestetipodeclulas,comosonlapared celular,unagranvacuolaylosplastidios.
1. Observaconatencinlosmodelosdeclulaanimalyvegetal.Luegorotulaenlaclulavegetallosorganelosyestructurasquetambinestnpresentesenlaclulaanimal.
2. Infiereloquecreesquesucederaconlostejidoshumanossituvieranunaparedcelularrgidacomolasdelasclulasvegetalesyconlosvegetalessisusclulasnotuvieranlaparedrgida.
Actividad 3 Anlisis
Cloroplastos. Son un tipo de plastidios responsables de realizar el proceso de fotosntesis. Estos organelos, caractersticos de las clulas vegetales, contienen un pigmento llamado clorofila, que adems de dar el color verde a las plantas es responsable de captar la energa lumnica del Sol, necesaria para llevar a cabo el proceso fotosinttico. Otros tipos de plastidios son los leucoplastos (almacenan almidn), numerosos en las clulas de las races.
Vacuola. Estructura delimitada por una membrana. Contiene una solucin compuesta por iones, azcares, aminocidos y, en algunos casos, protenas. En clulas vegetales son de gran tamao. Adems, posee enzimas digestivas que desempean una funcin similar a la de los lisosomas en las clulas animales. Su presencia, combinada con la pared celular, genera las condiciones de turgencia que hacen posible que las plantas permanezcan erguidas.
Pared celular. Estructura externa de las clulas vegetales. En las clulas jvenes hay solo una pared fina y flexible, la pared primaria, suficientemente elstica para permitir el crecimiento celular. Cuando la clula vegetal alcanza su tamao definitivo, se forma internamente la pared secundaria, ms rgida. La pared celular est constituida principalmente por celulosa, polisacridos y protenas. La principal funcin de las paredes de las clulas vegetales es dar rigidez y turgencia a las plantas evitando la ruptura de la clula. Tambin permiten el contacto entre citoplasmas de diferentes clulas.
Unidad 1: La clula24
Estructuras diferenciadoras entre clulas eucariontes y procariontes
El ncleo celular
Elncleoesunaestructuraesfricauovoidepresenteentodas las clulas eucariontes.Ensu interiorseencuentraelmaterialgentico (ADN)quecontienelosgenes;estosson losencargadosdetransmitir lainformacindegeneracinengeneracin.Lafuncindelncleoesmantenerlaintegridaddelosgenesycontrolarlasactividadescelulares.Porellosedicequeelncleoeselcentrodecontroldelaclula.
Enelncleopodemosencontrarlassiguientesestructuras:
En la parte exterior del ncleo, la membrana externa de la envoltura presenta un gran nmero de ribosomas adosados que se proyectan, continuando la membrana del RER, y participan en la sntesis de protenas que requiera la clula.
Microfotografa del ncleo de una clula animal.
ADN
Envoltura nuclear o carioteca. Fue descrita en 1893 por el zologo alemn Oskar Hertwig. Est constituida por una doble membrana que presenta poros que controlan y regulan la comunicacin entre el citoplasma y el nucleoplasma, siendo una barrera selectiva, al igual que la membrana plasmtica. Su origen se explica por varias teoras, una de ellas plantea que se form por una invaginacin de la misma membrana plasmtica.
Nuclolo. Estructura granulosa presente al interior del ncleo. En l se sintetizan y ensamblan los ribosomas. Normalmente hay entre 1 y 5 nuclolos por clula, segn su funcin.
Nucleoplasma. Est compuesto por agua, sales y protenas que le confieren la apariencia de gel.
Unidad
Leccin 2: Qu tipo de clulas existen y cmo funcionan? 25
Citoesqueleto
Laclulaesunaestructuramuydinmica,dondeingresanysalensustancias,sesintetizanydigierenmolculas,yendeterminadosmomentossereproducen.Todoestorequieredelmovimientoorganizadodeloscomponentescelulares.
AiniciosdelsigloXX,sepensabaqueelcitoplasmaeranicamenteunasolucinviscosayhomogneaenlaqueflotabanlosorganelos.En1976,Keith Porter,profesorestadounidensedeBiologa,demostrlaexistenciadeunareddefila-mentosproteicosqueconformanelcitoesqueleto.Estosfilamentossondetrestipos:microfilamentos,filamentosintermediosymicrotbulos.
Elcitoesqueletoestpresenteentodas las clulas eucariontes.Adems,intervieneunelevadonmerodeprotenasqueunen los filamentosdelcitoesqueletoentresyconlasmembranasdelaclula.Estaestructuramantienelaformadelaclula,ledaresistenciamecnica,participaenelmovimientocelular,sostieneymuevelosorganelosyparticipatambinenladivisincelular.
Microfilamentos. Estn compuestos de molculas de actina, protena intracelular ms abundante en los organismos eucariontes. El esqueleto intracelular de la actina es una estructura dinmica; sus microfilamentos aumentan y disminuyen de longitud, y los paquetes y las redes cambian continuamente.
Microtbulos. Estructuras huecas de una protena llamada tubulina. Estas estructuras pueden aumentar o disminuir su longitud y cambian de posicin en el citoplasma, lo que permite modificar la forma de la clula y redistribuir los organelos. Filamentos intermedios. Tienen un espesor
intermedio entre los microfilamentos y los microtbulos, y a diferencia de ellos, no participan en los movimientos de la clula, sino que se mantienen estables, otorgando soporte a la membrana plasmtica.
Mitocondria
Membrana plasmtica
Unidad 1: La clula26
Observaelgrfico,leeyluegorespondelaspreguntas.
Comoaprendisteenlaspginas22y23loslisosomassonorganelosquesintetizanenzimasquedegradanestructurascelulareseinclusoalaclulacompleta.
Elgrficomuestraelaumentodelaconcentracindeenzimaslisosomalesenlasclulasdelacoladelrenacuajodurantesudesarrollo.
1. Quproblemadeinvestigacinpudohaberdadolugaraestainvestigacin?
2. Qurelacinexisteentrelasclulasdelacolayelaumentodelasenzimaslisosmicas?
3. Qusucediconeltejidoquecomponelacola?Explica.
Actividad 4 Anlisis
Realizaindividualmentelassiguientesactividades.
1. Hazunatablacomparativaentreclulasprocariontesyeucariontesbasndoteentrescriteriosquetelijas.
2. Escogeuntipodeclulaeucarionteydibjala.Rotulaalmenoscincoorganelosoestructurasconsunombrecorrespondiente.
3. Relacionaelorganeloolaestructuracelularquecorresponda,segnsufuncin.
A Mitocondria Sintetizaprotenas.
B Vacuola Contieneelmaterialgenticocelular.
C Ribosoma Participaenladigestincelular.
D Citoesqueleto Coordinaelmovimientodelosorganelos.
E Lisosoma Almacenaaguaynutrientes.
F Ncleo Obtienelaenergaquerequierelaclula.
4. Elaborauncuadroresumendelasfuncionesdelassiguientesestructuras:lisosomas,peroxisomas,ribo-somas,aparatodeGolgiyretculoendoplasmtico(lisoyrugoso),ncleoymembranaplasmtica.
Al finalizar la leccin...
Conc
entra
cin d
e enz
imas
lisos
mica
s en l
a cola
Longitud relativa de la cola (en porcentaje) 100 80 60 40 20 0
10
8
6
4
2
Unidad
Leccin 2: Qu tipo de clulas existen y cmo funcionan? 27
Propsito de la leccin
Nodebesolvidarquelasclulassonestructurasqueestnvivas,ycomohasaprendidodesdelosprimerosaosdeestudio,losseresvivosrequierenenergaparavivir.Puesbien,enestaleccinaprendersquelasmitocondriasyloscloroplastossonlosdosorganelosquecumplenestepapelfundamentalenlasclulaseucariontes:producirlaenerganecesariaparalasfuncionescelulares.
Debes recordar: organismos auttrofos y fotosntesis.
Trabaja con lo que sabes
Es necesaria la luz del sol para el proceso de fotosntesis?
Enaosanterioreshasestudiadosobrelasnecesidadesquetienenlasplantaspararealizarfotosntesis.Serlaluzunfactorqueinfluyeenelprocesofoto-sinttico?Comprubalorealizandolasiguienteactividad.
Materiales
unaplantadecardenal mecheropapelaluminio dosvasosdeprecipitadode50mLlugol dosvasosdeprecipitadode250mLalcohol doscpsulasdePetripinzas
Procedimiento
1. Tapenparcialmenteunadelashojasdelcardenalconpapelaluminioyprocurenqueotraquedeexpuestaalsolduranteunasemana.
2. Cortenlahojatapadayunaquehayaestadoexpuestaalaluzycolquenlasenaguacalientedurante5minutos.
3. Saquenlashojasdelaguautilizandolaspinzas,ypngan-las,cadaunaporseparado,enalcohol(30mL).SomtanlasabaoMaradurante3minutos.(Observalafotografa2.)
4. Saquenlashojasconcuidado,siempreidentificandoculeslaqueestabatapada,lvenlasconaguaydjenlasenfriar.
5. PonganlashojasenlascpsulasdePetriyagrguenlesdosgotasdelugolacadaunayobserven.
Anlisis
a. Qudiferenciasobservanenlareaccindellugolenambashojas?
b. Aquatribuyenestadiferencia?
c. Quimportanciatienelaluzdelsolenlaproduccindelaglucosa?
d. Definancmorecuerdanelconceptofotosntesisyqusustanciasparti-cipanenesteproceso.
1
2
Cuidado
Revisa el Anexo 1 de la pgina 232
de tu texto.
28 Unidad 1: La clula
LECCIN 3:Cmo son los organelos que producen energa en la clula?
Formas de nutricin y obtencin de energa
Todoorganismoconsumeenergaparamantenerlaactividadcelulary,enltimotrmino,lasfuncionesvitales.Alinteriordelasclulas,lasmolculassemodifican,rompindose,unindoseentresytransformndoseenotras.Esaintensaeincesanteactividaddetransformacinqumicaconstituyeelmetabolismo.
Segnlaformaenquelosorganismosobtienenmateriayenerga,seclasificanendostipos:auttrofosyhetertrofos.
Losorganismosauttrofossintetizanmolculasorgnicassencillas,comoglucosa,glicerinaoaminocidosapartirdemolculasinorgnicas comoH2O,CO2,NO3medianteprocesos como lafotosntesisolaquimiosntesis.Encambio,losorganismoshetertrofosnecesitanincorporarmolculasorgnicassencillasparatransformarlasenotrasdemayorcomplejidad,comoalmidn,grasasoprotenas.
Auttrofos fotosintticos
Losvegetalespuedenpresentarestetipodemetabolismo,puesloscloroplastosqueposeensintetizanlasmolculasorgnicasnecesariasparalaobtencindeenerga(glucosa),queposteriormentesernmetabolizadasenlasmitocondriasdelaclula.
Hetertrofos
Losanimalesobtienenloscompuestosorgnicosdelosnutrientesqueingresanasusclulas.Porejemplo,cuandoalcomerunamanzanaestapasaporelsistemadigestivoyenelintestinolosnutrientessonabsorbidos,llegandoaltorrentesanguneo y a todas las clulas, donde loscompuestossemetabolizan,especficamente,enlamitocondria.
Lamolculamsusadaporlasclulas(vegetalesyanimales)paralaobtencindeenergaeslaglucosa.
Respondeentucuaderno.
1. Quorganelosparticipanenlaobtencindeenergaenlasclulasvegetales?
2. Cmoexplicaraslasiguienteafirmacin:lasplantasfabricansupropioalimento"conlosnuevosconceptosquehasconocido?
Actividad 5 Anlisis
Organismos auttrofos.
Organismos hetertrofos.
29
Unidad
Leccin 3: Cmo son los organelos que producen energa en la clula?
El cloroplasto
Comohasaprendido,loscloroplastossonorganelosexclusivosdelasclulasvegetales.Contienenclorofila,pigmentoqueparticipaenelprocesodefoto-sntesis.Comosabes,enesteprocesolaenergaluminosasetransformaenqu-mica,dondesesintetizamateriaorgnica(glucosa)apartirdemateriainorgnica(aguaydixidodecarbono).
Loscloroplastossonorganeloscomplejos,quetienensupropiomaterialgentico(ADNsimilaralprocarionte),semueven,creceneinclusopuedenllegaradividirsealinteriordelaclula.
Tilacoide. Estructura membranosa en forma de saco aplanado. Contiene clorofila.
Membrana externa. Estructura muy permeable a iones y pequeas molculas.
Membrana interna. Rodea al estroma. Es casi impermeable.
Estroma. Es el espacio interior que queda delimitado por la membrana interna, contiene un elevado nmero de componentes, como el ADN, ribosomas, enzimas e inclusiones de granos de almidn y lpidos.
ADN. Es circular y de doble hlice, como el de las bacterias.
Grana. Conjunto de la tilacoides.
Ribosomas
Qu sucede en el cloroplasto?
Laecuacinglobalqueresumeelprocesodefotosntesisqueocurreenelcloroplastoes:
CO2 + H2O glucosa + O2
(ADN similaral interior
Te ha sucedido que cuando picas una cebolla, comienzas a llorar? Esto se produce porque cuando cortas la cebolla ests destruyendo las clulas que componen la estructura. Al romper las clulas, se rompen tambin las vacuolas, lo que permite la salida de compuestos qumicos que al entrar en contacto con el agua de los ojos, produce ardor. Las clulas de cebolla no poseen cloroplastos, pues al estar bajo la tierra, no captan la luz del Sol.
Conexin con...la gastronoma
Clula vegetal. Cloroplasto.
30 Unidad 1: La clula
La mitocondria
Organelosqueseencuentranengrandescantidadesenelcitoplasmadetodaslasclulaseucariontes,tantoanimalescomovegetales.Sonespecialmenteabundantesenlasque,porsuactividad,tienenunaelevadademandadeenerga,comosonlasclulasmuscularesylosespermatozoides.Quotrasclulasdetucuerpocreestquepresentanunaaltaconcentracindemitocondrias?,porqu?
Al igualqueloscloroplastos,poseendoblemembrana,ADNyribosomas.Observasuestructura.
Matriz mitocondrial. Es el espacio interior delimitado por la membrana interna. Contiene varias enzimas y ribosomas.
Cresta mitocondrialRibosomas
Membrana externa. Es lisa y limita por completo a la mitocondria. Su estructura es la misma que la de las membranas celulares (una doble capa lipdica y protenas asociadas). Es muy permeable y permite el paso de algunas molculas de gran tamao.
Membrana interna. Presenta muchos repliegues internos, denominados crestas mitocondriales, que incrementan su superficie y, por tanto, su capacidad metabolizadora.
Espacio intermembranoso. Es el espacio existente entre las dos membranas. Tiene un contenido parecido al citoplasma.
ADN. Molculas de ADN mitocondrial, circular y de doble hlice.
Comoyaviste,lasclulasanimalesobtienenglucosayotrosnutrientesporelconsumodealimentos.
Todaslasclulaseucariontes,independientedecmohayanobtenidolaglucosa,realizanelprocesoderespiracin celularquepermitedegradarestayotrassustanciasorgnicasencompuestosinorgnicosmssencillos,comoeldixidodecarbonoyelagua,liberandoenergaquesealmacenaenlaclula.
Enelprocesodedegradacin,lamayoradelasclulasnecesitanoxgeno.Laecuacinglobalesquemtica,queresumeelprocesocomplejodelarespiracincelular,es:
Glucosa + O2 H2O + CO2 + energa
La respiracin celular, proceso de obtencin de energa
Novedades cientficasUn grupo de cientficos del Instituto de Investigacin Biomdica (IRB, Barcelona) acaba de descubrir informacin especfica en el material gentico que regula el movimiento y posicin de las mitocondrias en las clulas del sistema nervioso.
Muchas enfermedades neurolgicas, entre ellas el parkinson, se deben a alteraciones de genes que regulan el transporte mitocondrial, ya que el aporte energtico para estos tejidos es vital para su funcionamiento. Fuente: http://www.investigacionyciencia.es/noticias/genes-de-control-en-el-trasporte-mito-
condrial-10044 (Adaptacin).
Mitocondria.
31
Unidad
Leccin 3: Cmo son los organelos que producen energa en la clula?
Cules son las etapas de la respiracin celular?
Lasreaccionesqumicasquetienenlugardurantelarespiracinaerbicasonmuycomplejasynumerosas,peroloimportanteesquecomprendasquelafinalidaddeesteprocesoesproducirATP.
Al finalizar la leccin...
1. Dibujaentucuadernounamitocondriayuncloroplastoyrotulaalmenoscuatroestructurasencadaorganelo.
2. Identificaqusustratosoreactivosparticipanenlafotosntesis.
3. Quproductossegeneranenlafotosntesis?
4. Culeslamolculaqueingresaenelprocesoderespiracincelular?
5. Culeselpropsitodelarespiracincelular?
6. Escribeentucuadernolasecuacionesdelafotosntesisydelarespiracincelular.Comparaambosprocesosyescrbelosentucuaderno.
ATP: molcula que utiliza la clula para
acumular energa y as usarla cuando
lo requiera.
Apuntes:
acumular energa y as usarla cuando Aunquelaglucosaeselprincipalnutrienteutilizadoporlasmitocondriasparaobtenerenerga,tambinsepuedenutilizargrasasy,enmenorproporcin,protenas.
Glucosa
Membrana plasmtica
Clula
Citoplasma celular
Matriz mitocondrial
Mitocondria
Cresta mitocondrial
ATP
1. La glucosa se encuentra en el citoplasma celular. Aqu se descompone dando origen a dos molculas ms pequeas.
2. Estas molculas ingresan a la mitocondria, especficamente a la matriz mitocondrial, donde pasan por una secuencia de reacciones qumicas.
3. Luego, las reacciones continan en las crestas mitocondriales, generando una gran cantidad de ATP (energa) para la clula.
1
2
3
Recuerda que esto es un esquema y que las proporciones de los tamaos entre la mitocondria y la clula no corresponde a la realidad.
32 Unidad 1: La clula
PENSAMIENTO CIENTFICO
Qu diferencias existen entre hiptesis, leyes y teoras?
Algunosfenmenosnaturalesosituacionescotidianasdespiertannuestracuriosidad,loquenosllevaaplantearnospreguntasquenosconducenaelaborarposiblesexplicaciones.Esascomosurgensencillashiptesis,lasqueenunmbitocientficopasanasercomprobadasysepuedenvalidarpormediodelaexperimentacin.
Porotrolado,loscientficosusansushiptesisylainformacinqueobtienendurantelaexperimentacinparaformularleyesyteoras.Sinembargo,enqusediferencianlashiptesisdelasleyesyteoras?
Quizsasimplevista,puedaspensarqueexistendiferenciasdejerarquaentrelosconceptos,comoqueunaleyfueramsverdadqueunahiptesis,peronoesnecesariamenteestaesladiferencia.
Lahiptesisesunaposibleexplicacindeunfenmenoparticularyaislado,porejemplo:alincorporarazcaralyogurnaturalaumentarelnmerodeorganismosprocariontesquesedesarrollanenl.
Unateora,encambio,esunaexplicacingeneraldeunfenmenoestudiado.Puedeexplicarsemediantemodelosqueinterpretanelfenmeno.Porejemplo,lateoracelular(abarcalacomposicindetodoslosseresvivos).
Unaleysintetizalasregularidadesquesehanobservadoenfenmenosdeterminadosypuntuales.Seasemejaalospostuladosdelamatemtica.Soncomprobablesyrepetiblesbajolascondicionesestudiadas.Unejemploeslaleydegravedad.
Ahora t1. Defineloquerecuerdaseintentaexplicarlassiguientesteorasyleyes.
a. Teoraatmica.
b. Leydeconservacindelaenerga.
c. Teoracelular.
d. Leydelosgasesideales.
e. LeydeBoyle.
f. Teoracintico-molecular.
g. LeydeCharles.
2. Propndoshiptesisentornoaalgunodelosfenmenosrecordadosenlaactividadanterior.
33
Unidad
Leccin 3: Cmo son los organelos que producen energa en la clula?
Actividad 1.
Trabaja con lo que sabes
Engrupoobservenlassiguientesilustracionesyluegorespondanlaspreguntas.
1. Identifiquenlasestructurasencomnquepresentanmitocondriasycloroplastos.Escrbanlosenlasflechasquecorresponden.Indiquenqueestructurastienenencomnunabacteria(clulaprocarionte)yunamitocondria.
Propsito de la leccin
Enestaleccinaprenderssobreunateora.Elfenmenoquesequisoexplicarfueelorigendelasclulaseucariontes.Ahoraaprenderscmoesestateorapropuestallamadateoraendosimbitica.
Debes recordar: estructura de las bacterias, los cloroplastos y las mitocondrias.
Mitocondria Cloroplasto Bacteria
2. Completenunatablacomolasiguienteparavisualizarlasestructurascomunesentreambosorganelosylaclulaprocarionte.
Estructura Doble membrana
ADN circular
Ribosomas Estructuras membranosas internas
Mitocondria
Cloroplasto
Bacteria
3. InfieranAqucreenquesedebeestasimilitud?
4. Podranplantearunahiptesis,apartirdeestaobservacin,querelacioneelorigendelasclulasprocariontesconlaaparicindelasclulaseucariontes?
A.
B.
C.
D.
E.
34 Unidad 1: La clula
Actividad 1.
LECCIN 4:Cmo se origin la clula eucarionte?
A Lynn Margulis plante que una bacteria de gran tamao ingiri otras bacterias aerbicas ms pequeas (mitocondrias), sin degradarlas, quedando vivas en el citoplasma. Con el tiempo, se habra generado una relacin de simbiosis entre ambos organismos.
B La gran bacteria obtena la energa proporcionada por la mitocondria y esta estaba protegida al interior de la otra. Esta es la idea central de la teora endosimbitica. Simbiosis, significa vivir juntos.
C Lo mismo habra sucedido con los cloroplastos. La gran bacteria con la mitocondria en su interior, ahora ingera a la bacteria fotosinttica (cianobacteria), generando dos tipos celulares: las clulas vegetales con ambos organelos y la clula animal, solo con las mitocondrias.
D Segn los cientficos, esta asociacin celular fue tan exitosa, que se convirti en permanente y las antiguas bacterias procariontes (mitocondrias y cloroplastos) se transformaron en organelos celulares, dando origen a las clulas eucariontes.
A
B
C
D
Clula eucarionte ancestral vegetal
Clula eucarionte ancestral animal
Compartimientos membranosos
Clula procarionte
Clula procarionte fotosinttica
PlastoMitocondria
Actividad 1.
Origen de las clulas eucariontes
Comohasaprendido,losprimerosseresvivosquepoblaronlaTierrafueronlosorganismosprocariontes,hace3500millonesdeaos.Luegode2000millonesdeaos,aparecieronlosprimerosorganismoseucariontes.Cmosurgieronestostiposcelulares?,eslapreguntaqueintentexplicarlabilogaLynnMargulis,quienconobservacionescomolasplanteadasenlaactividaddelapginaanteriorpostullateoraendosimbiticaenelao1967.
La teora endosimbitica
Loscientficospostulanquelosprimerosprocariontesobtenansualimentodirectamentedelmedioyqueconelpasardeltiempo,surgieronalgunosquefueroncapacesdegenerarlomediantelafotosntesis.Productodeesteproceso,losnivelesdeoxgenoaumentaronenlaatmsferayotrasbacteriascomenzaronautilizarestegasparalaformacindeenerga.Deestaformasurgieronlosancestrosdecloroplastosymitocondrias.
Al finalizar la leccin...
1. ExplicaPorqucreesqueestapropuestaesunateora?
2. Cmoexplicarasqueunaclulaeucarionteanimalesmscomplejaqueunabacteriaanaerbica?
3. Infiere Qu hubiese sucedido si todas las clulas eucariontes presentaran cloroplastos y mitocondrias?
4. InvestigasobreLynnMargullisyluegoplanteaunapreguntaqueleharassobresuteora.
35Leccin 4: Cmo se origin la clula eucarionte?
Unidad
Organiza lo que sabes
1. Losmapasconceptualessonorganizadoresgrficosquepermitensintetizaryvisualizareldesarrollodeuntema.Observaelsiguienteejemploycompletaconlossiguientestrminos.
vegetalcloroplasto eucarionte respiracin fotosntesis mitocondria
2. Elaboraunmapaconceptualsobrelasdiferenciasentrelasclulaseucariontesyprocariontes.PuedesapoyartutrabajoleyendoelAnexo9delapgina246.
A.
animal
C.
ATP glucosa
D.
B.
E. F.
se clasifican en
constituye organismos como algunos tipos son
organelo exclusivo de
a travs del proceso
uno de los productos es uno de los productos es
para obtener energa participan
procarionte
bacterias y arqueas
Clula
Actividades
Realiza las siguientes actividades.
1. Leeatentamenteyrespondeentucuaderno.
a. QuestructurasobservHookealmicroscopio?
b. Cmoexplicarasquelaclulaeslaunidadmorfolgicadetodoslosseresvivos?
c. CuleraeldesarrollodelamicroscopaenelsigloXVII?,dequformaimpactestedesarrolloenlosestudioscelularesdesutiempo?
36 Unidad 1: La clula
EVALUACIN INTERMEDIA
2. Rotulaelesquemadeclulaanimal,indicandolaestructurauorganeloquecorrespondeencadacaso.
Estructura Clulas donde se encuentra Funcin
Pared celular
Cloroplasto
Mitocondria
REL
Lisosoma
Vacuola
Ribosoma
A.
C.
B.
D.
E.
F.
G.
3. Respondeentucuaderno.
a. Quorganelosdiferencianalaclulavegetal?
b. Dibujaentucuadernounaclulaprocarionteyrotlala,indicandoalmenoscuatroestructuras.Culessonlasprincipalesdiferenciasentreunaclulaprocarionteyunaeucarionte?
4. Completalasiguientetablaconlainformacinrequeridaparacadaestructuracelular.
37Unidad 1: La clula
Unidad
Actividad 1.
Constitucin qumica de los seres vivos
Comohasaprendidoenaosanteriores,lamayoradelosalimentosqueconsumessondeorigenanimalovegetal.Ahoratambinsabesquelasclulasanimalesyvegetalestienenunaestructurayunacomposicinqumicamuysimilar.
Losprincipaleselementosqumicosqueconstituyena losseresvivossedenominanbioelementos.Losmsabundantessonelcarbono(C),eloxgeno(O),elhidrgeno(H)yelnitrgeno(N).Desdeelpuntodevistaqumico,estoselementostienengranfacilidadparacombinarse,constituyendolasbiomolculasquecomponenlasclulasdelosorganismos.Lasbiomolculaspuedenclasificarseeninorgnicasyorgnicas.
38 Unidad 1: La clula
Trabaja con lo que sabes
ObservalaTabla1ycomparalasproporcionesdecadaelementoqumicoqueconstituyenlosdiferentesorganismos.Luegorespondeentucuaderno.
Tabla N 1: Proporciones de bioelementos que componen diferentes seres vivos
Elementos Ser humano Alfalfa Bacteria
C 19,37 11,34 12,14
H 9,31 8,72 9,94
O 62,81 77,90 73,68
N 5,14 0,82 3,04
P 0,63 0,71 0,60
S 0,64 0,10 0,30
Total CHONPS 97,90 99,59 99,72
Fuente: Curtis, H., Barnes, N. S. (2006). Biologa. Buenos Aires: Editorial Mdica Panamericana.
1. Culeselelementoqumicomsabundanteenelcuerpohumano?,yenlaalfalfa(vegetal)ylasbacterias?
2. ElaboraungrficopararepresentarlaabundanciadelC,H,O,yNenhumanosyenbacterias.
3. Laabundanciadeloselementosgraficadosanteriormenteessemejanteodiferente?Explica.
Propsito de la leccin
DesdelosprimeroscursosdeCienciasNaturales,hasaprendidolaimportanciadelanutricinparaelserhumanoytodoslosorganismos.Culeselorigendelosnutrientes?,quocurreconlasmolculasquelosconforman?,qumolculasingerimosenlosalimentos?,dequmolculasseconformannuestrasclulas?Estasyotraspreguntaspodrscontestarluegodeestudiarlacomposicinqumicadelasclulasenestaleccin.
Debes recordar: nutrientes presentes en los alimentos y definicin de molcula.
Actividad 1.
LECCIN 5:De qu est compuesta la clula?
Actividad 1.
Biomolculas inorgnicas
Lasbiomolculasinorgnicassonaquellasqueseencuentranpresentestantoenlosseresvivoscomoenlamateriainerte(rocasyminerales).Sonindispensablesparaelmantenimientodelavida.Dentrodeestegruposeencuentranelagua(H2O),algunassalesmineralesyciertosgases,comoeloxgeno(O2)yeldixidodecarbono(CO2).
a. Agua
Elaguaeslasustanciamsabundanteenlosseresvivos.Enelem-brinhumanorepresentahastael94%desumasayenlasperso-nasadultasel63%,aunqueesteporcentajevarasegneltipodetejido,porejemplo,enladentinadelosdientesrepresentasoloel10%yenloshuesosel22%.Lasalgascontienenun95%deaguayalgunassemillas,un20%.
Elagua,debidoasuspropiedadesmoleculares,cumplevariasfunciones:
Esunbuendisolvente,y,portanto,unperfectomediodetransportedesustancias.
Esunbuenreguladortrmico,permitiendoquelatemperaturadelorganismopermanezcarelativamenteconstanteaunquevareladelambiente.
Participaenelmetabolismocelular,comolafotosnte-sisylarespiracincelular.
Permiteelmovimientodemolculasyorganelosce-lularesenelcitoplasma.
Atraccin
Molcula de agua
+
H
Puentes de hidrgeno
oxgeno (O2) y el dixido
el em-perso-de
solo Atraccin
Molcula de agua
+
H
Puentes de hidrgeno
Cada molcula de agua est constituida por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno. Las regiones elctricamente positivas de una molcula de agua atraen a las regiones elctricamente negativas de otras molculas de agua, y forman enlaces denominados puentes de hidrgeno.
H
H
O
Cargas parciales
Lossiguientesgrficosrepresentanlaproporcindeaguaenplantasyanimales.Obsrvalosyluegorespondelaspreguntas.
1. Enquorganismoslacantidaddeaguaesmayor?
2. Quorganelocelularcreesquegeneraladiferenciadeproporcindeaguaenplantasyanimales?Explica.
Actividad 6 Anlisis
Animales PlantasAgua 60% Agua 74%
Glcidos 0,8% Glcidos 19%
Protenas 16%
Protenas 3,2%
Lpidos 20% Lpidos 0,8%
Sales minerales 3,4%
Sales minerales 3,2%
39
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
b. Sales minerales
Soncompuestosinorgnicosquepuedenencontrarsedisueltosoprecipitados.Seionizanfcilmenteenpresenciadeagua.Cuandoestoocurreseformaniones,comoelsodio(Na+),elpotasio(K+)yelcloro(Cl-).Muchosdeestosionessonfundamentalesparalavida.
Lafaltadealgunosdeellospuedealterarelmetabolismoeinclusocausarlamuerte.Enelserhumano,porejemplo,losionescalcio(Ca2+)participanenlacoagulacindelasangreyenlacontraccinmuscular,ademsdesercompo-nentesfundamentalesdeloshuesos.Losionesdemagnesio(Mg2+)ydecinc(Zn2+),entreotros,participanenlasreaccionesqumicasvitalesparalasclulas.Losionesdesodio(Na+)ydepotasio(K+)sonresponsablesdelfuncionamientodelasclulasnerviosas.Tambinmantienenelgradodesalinidaddelorganismoyregulalaabsorcindeglucosaenelsistemadigestivo,entreotrasfunciones.
1. Revisatutextoyescribeentucuadernolasecuacionesqumicasgeneralesdelafotosntesisyrespiracincelular(pginas30y31).Escrbelasydestacaconrojolosgasesqueparticipanenellasyconazullasmolculasdeagua.
2. Analizalosdatosdelasiguientetablayrespondelaspreguntas.
Tabla N 2: Porcentaje de gases en el aire inspirado y espirado
GasVolumen
Aire inspirado Aire espirado
Oxgeno 20,93 14,6
Dixido de carbono 0,04 4
Vapor de agua 1,25 5,9
Nitrgeno 78,77 75,5
Fuente: Curtis, H., Barnes, N. S. (2006). Biologa. Mxico: Editorial Mdica Panamericana. (Adaptacin)
Actividad 7 Anlisis
Cristal de cloruro de sodio
Na
Cl- H2O
Cl
NaCl (molcula de cloruro de sodio que se forma con los tomos de Na y Cl).
Efecto disolvente del agua en las sales.
Las regiones de las molculas elctricamente negativas del agua son atradas por los iones positivos del sodio (Na+) y se asocian a ellos. Las regiones de las molculas elctricamente positivas del agua son atradas por los iones negativos del cloro (Cl-). La asociacin con el agua causa la separacin de los iones Na+ y Cl- y se rompe la estructura cristalina de la sal, disolvindose en el agua.
c. Gases
Ennuestrocuerpohayunaconstanteincorporacin,produccinyeliminacindegases.Atravsdelsistemarespiratorio,porejemplo,inhalamosgrandesvolmenesdiariosdeoxgeno(O2)yeliminamosdixido de carbono(CO2).Estosgasessonlosmsabundantesennuestrasclulasyestninvolucradosenlasreaccionesqumicasparaproducirenerga.
Na+
a. Enqutipodeaireelporcentajedeoxgenoesmayor?
b. Enquprocesosparticipaeloxgeno?,creesqueexistaunarelacinentrelosvolmenesdeingresoysalidadeestegas?
40 Unidad 1: La clula
Biomolculas orgnicas
Lasbiomolculasorgnicas, formadasprincipalmenteporcarbono,hidrgeno,oxgenoynitrgeno,son loscomponentesesencialesdelaestructuradelasclulasylasencargadasdecontrolarsufuncionamiento.
Laenormevariedaddebiomolculasorgnicasseexplicaengranmedidapordoscaractersticasdeltomodecarbono:sutamaorelativamentepequeoysucapacidaddeformarcuatroenlacescovalentesconotrostomosdecarbonooconotroselementos.Estaspropiedadeslepermitenconstituirunagrandiversidaddemolculas,tantoentamao,formaycomposicin.
Lasmacromolculasqueestudiarsacontinuacinson:carbohidratos,lpidos,cidos nucleicosyprotenas.
Todas las clulas de los seres vivos estn constituidas por macromolculas orgnicas. La gran variedad de organismos pareciera no reflejar que todos se componen de los mismos elementos.
Etanol.
41
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
a. Carbohidratos
Loscarbohidratos,tambinllamadoshidratosdecarbono,sonmolculasorgnicasconstituidasfundamentalmenteportomosdecarbono,hidrgenoyoxgeno.Aloscarbohidratostambinselesdenominaazcares(trminoqueseasociaconelsabordulce),peronotodosestoscompuestossondulces.
Engeneral,cadaunadelasmolculasqueconformanlasmacromolculassedenominanmonmeros,algoascomolosladrillosdeunagranmuralla.Enestecaso,cadamonmerodeloscarbohidratossellamamonosacrido.
Loscarbohidratossonlafuenteprincipaldeenergaparalosseresvivosdebidoasufcileinmediatometabolismoenlaclula.Estnpresentesenvariostiposdealimentos.Lamiel,porejemplo,contieneglucosa;lacaadeazcar,sacarosa;laleche,lactosa,ylafruta,fructosayglucosa,entreotrostipos.Adems,loscarbohidratosdesempeanunpapelimportanteenlaestructuracorporaldelosseresvivos.Lacelulosa,porejemplo,formalapareddelasclulasvegetalesydasoportealcuerpodelasplantas.Otroejemploeslaquitinaqueeselcomponentemsimportantedelaparedcelulardeloshongosydelexoesqueletodelosartrpodos.
Tabla N 3: Clasificacin de los carbohidratos segn su tamao
Monosacridos Se encuentra en Estructura molecular
Son los carbohidratos ms simples. Estn compuestos por una sola unidad de azcar y de 3 a 7 carbonos. Se los puede denominar tetrosas (4C), como la eritrosa; pentosas (5C), como la ribosa; y hexosas (6C), como la glucosa.
Miel, frutas, entre otros.
HH
OH
OHOHOCH2
OH
H H
HOH
H
OH
HHO
CH2OH
HO
H
OHCH2OHHO
HOH
H
HOHOCH2
HO
Glucosa Fructosa
Ribosa
Oligosacridos Se encuentra en Estructura molecular
Estn formados por la unin de 2 a 10 monosacridos (monmeros). Los ms importantes son los disacridos, compuestos por la unin de 2 monosacridos iguales o diferentes. Los ms comunes son la sacarosa, la lactosa y la maltosa.
Azcar, leche, entre otros.
HOH
H
OH
H
O
HO
CH2OH
HO
H
HOH
H
HOHOCH2
OH
CH2OH
OHOH
H
OH
HHOO
CH2OH
H
H
HOH
HOH
OH
CH2OH
H
H
H
O
Sacarosa (azucar de caa)
Lactosa (azucar de leche)
42 Unidad 1: La clula
Polisacridos Se encuentra en
Estn formados por ms de 10 monosacridos. El almidn presente en la papa, el glucgeno almacenado en el hgado y la celulosa que forma la pared de las clulas vegetales estn constituidos por miles de unidades de glucosa (monmero). La quitina es un polisacrido constituido de monmeros de glucosamina.
Paredes vegetales, papas, exoesqueleto de invertebrados, entre otros.
Estructura molecular de algunos polisacridos
AlmidnEst formado por miles de molculas de glucosa. Las clulas vegetales almacenan los azcares que producen durante la fotosntesis en forma de almidn. Es abundante en las semillas (trigo, maz, arroz) y en los tubrculos (papa).
CelulosaPolmero de glucosa. Los tomos de estas molculas tienen una orientacin espacial diferente a la glucosa que forma el almidn y el glucgeno. Es insoluble en agua y es el principal componente de la pared celular de las clulas vegetales.
Glicgeno La mayora de los animales, incluidos los seres humanos, producen en sus clulas el polisacrido llamado glicgeno. La funcin de esta macromolcula es equivalente a la del almidn en las plantas. El glicgeno se considera la sustancia de reserva propia de los animales. En los vertebrados se almacena en el hgado y en los msculos.
43
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
b. Lpidos
Loslpidossonunconjuntodemolculasorgnicascompuestasprincipalmenteporcarbonoehidrgenoyenmenormedidaporoxgeno(tambinpuedencontenerfsforo,azufreynitrgeno).Loslpidosnosonpolmerosysucaracte-rsticaprincipalesserinsolublesenagua(hidrfobos)ysolublesendisolventesorgnicoscomolabencina,elalcohol,elbencenoyelcloroformo.Lasgrasassonuntipodelpidodeprocedenciaanimal.
Segnlasmolculasqueloscomponen,loslpidosseclasificanensaponificables(contienencidosgrasos)oinsaponificables(nocontienencidosgrasos).
Clasificacin de los lpidos
Lpidos
Lpidos con cidos grasos
SimplesAcilglicridos (grasa corporal)
Cridos (ceras)
ComplejosFosfolpidos (membranas celulares)
Esfingolpidos (tejido nervioso)
Lpidos sin cidos grasos
Terpenos (olor a menta, a fresa, etc.)
Esteroides (colesterol y hormonas sexuales)
Prostaglandinas (contraccin muscular)
Acontinuacinaprenderssobrealgunostiposdelpidos,suestructuramolecularylafuncinquecumplenenlosseresvivos.
Lpidos con cidos grasos (saponificables)
Sonunacombinacindeloscidosgrasosconunalcohol,queporlogeneraleselglicerol.Cuandoestnformadosportrescidosgrasos,selosllamatriglicri-dos(untipodeacilglicrido).Loscidosgrasosqueloscomponenpuedensersaturados(solotienenenlacessimples)oinsaturados(presentanenlacesdobles).
Debido a que las molculas adoptan la forma de una lnea recta, los cidos grasos saturados tienden a ser slidos a temperatura ambiente, ya que sus molculas pueden apilarse. Por el contrario, las molculas de los cidos grasos insaturados tienen dobleces debido a los dobles enlaces, por ese motivo, suelen ser lquidas a temperatura ambiente.
Para saber
Saponificacin. Es la reaccin de un cido graso con una base fuerte (NaOH o KOH) que da lugar a una sal de cido graso, comnmente denominada jabn, y agua.
cido esterico (saturado)
cido oleico (insaturado)
44 Unidad 1: La clula
Acilglicridos.Haydostipos:saturadoseinsaturados.Lossaturadossonslidosatemperaturaambiente,comolagrasaanimal,lamantequillaylamanteca,queesunaimportantereservaenergticadeplantasyanimales.Losinsaturadospermanecenlquidosatemperaturaambiente,comolosaceites.
Cridos.Sonaltamenteinsolublesenagua,porloquepuedenactuarcomoimpermeabilizantesdeotrasestructuras.Lashojasdemuchasplantastienenlasuperficiecubiertadecera,loquereducelaprdidadeaguaportranspiracin.Algunosorganismoscomolasabejaslautilizanparalaconstruccindelascolmenasyalgunasavessecretancerasparaimpermeabilizarsusplumas.
Fosfolpidos.Sonlosprincipalescomponentesdelasmembranas celulares obiolgicas.Desdeelpuntodevistaqumico,unfosfolpidoesunglicridocombinadoconungrupofosfato.Losfosfolpidossonmolculasanfipticas,esdecir,tienenunareginpolar(hidroflica,quepuedeestarencontactoconelagua)yotraapolar(hidrofbica,querepeleelagua).
Lpidos sin cidos grasos (insaponificables)
Nocontienencidosgrasos,sinoquederivandeloshidrocarburoscclicos.Losprincipalessonlosterpenos(vitaminasA,KyE,entreotras),losesteroides(coles-terol,loscidosbiliares,vitaminasDylashormonasesteroideas)ylasprostaglan-dinas(intervienenenlacontraccinmusculardelteroalmomentodelparto,enelprocesoinflamatorioyenlacoagulacindelasangre).
Las membranas biolgicas estn compuestas de fosfolpidos organizados en dos capas, en las que se incrustan molculas de ciertas protenas. Estas membranas son elsticas, porque las molculas de fosfolpidos pueden moverse libremente en ellas, organizndose sin perder el contacto unas con otras.
ProtenasGlcidos
Doble capa de fosfolpidos
Regin apolar
Regin polar
45
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
Actividad 8 Anlisis
c. cidos nucleicos
Loscidosnucleicossonbiomolculasorgnicascompuestasporcarbono,hidrgeno,oxgenoyfsforo.Haydostiposdecidosnucleicos:elcidodesoxirribonucleico, conocido por las siglas ADN o DNA (del inglsdesoxirribonucleic acid),yelcidoribonucleico,conocidoporlassiglasARNoRNA(delinglsribonucleic acid).Estosnombresserelacionanconelmonosacridopresenteensusmolculas.
Loscidosnucleicostambinestnformadosporpolmerossimplesllamadosnucletidos.Losnucletidosincluyenensuestructuratrescomponentesbsicos:unabasenitrogenada,unazcarsimpleyungrupofosfato.
ElADNesunamolculaesencialparalavida,porqueensusecuenciasealmacenalainformacingenticaquesetransmitirdegeneracinengeneracinyquedeterminatodaslascaractersticasdeunaespecie.
Esquema general de un nucletido. (1) grupo fosfato, (2) azcar desoxirribosa, (3) base nitrogenada.
1
2
3
Actividad 8 AnlisisActividad 8 Anlisis
Observalossiguientesmodelosyanalizaculserlaestructuradeorganizacindeloslpidosalestarencontactoconelagua.Luegoexplicaturespuestaatuscompaeros.
A B C
46 Unidad 1: La clula
Para saber
Las vitaminas tambin son biomolculas importantes para el normal funcionamiento de nuestro cuerpo, pero a diferencia de otros grupos que presentan una estructura similar, o estn constituidos por polmeros, las vitaminas son un grupo heterogneo de molculas orgnicas que difieren unas de otras tanto en su estructura qumica como en su funcin. La mayora de las vitaminas no son sintetizadas por los animales, o son fabricadas en muy poca cantidad, por eso es importante consumirlas en la dieta, pues las plantas s las sintetizan.
d. Protenas
Msdelamitaddelpesosecodetucuerpoestformadoporprotenas.Estasmacromolculasorgnicassonlargasycomplejasy,comolosdemspolmeros,estncompuestaspormonmeros,denominadosaminocidos.
Cadaaminocidoposeeungrupoamino(NH2)enunextremoyungrupocarboxlico(COOH)enelotro.Estosgrupospuedenformarenlacesentrecadaunodelosaminocidosyconstituirlargascadenas.
Todoslosaminocidostienenunaestructuraqumicasimilar,perosediferencianenunaregindelamolculaconocidacomoradicalogrupo R.
EltipodeaminocidovarasegnelgrupoRqueloconstituya.
Losenlacesqueunenalosaminocidosentressoncovalentesysedenominanenlaces peptdicos.
Comoobservasenelesquema,undipptidoseformaporlaunindedosaminocidosmedianteunenlacepeptdico.Siseuneunterceraminocidoseformauntripptido,yassucesivamentehastaformarunpolipptido.Cuandounpolipptidoestcompuestopormsdecincuentamolculasdeaminocidos,sedenominaprotena.
Enlanaturalezaexistenmuchostiposdeaminocidos.Algunosdeellossonsintetizadosporreaccionesqumicasalinteriordelasclulas,perootrosdebenserincorporadosenladieta.Losaminocidosquenosonsintetizadosporelor-ganismosedenominanaminocidosesenciales.Cadaespecietieneunnmerodeterminadodeaminocidos esenciales;enlaespeciehumanasondiez.Esdevitalimportanciasuministrarestetipodeaminocidosenladietadelosnios,yaquelafaltadeestoslimitaeldesarrollodelorganismo,impidiendolarenovacinyproduccindetejidosnuevos,comoocurreconelcrecimiento.
Estosveinteaminocidossecombinanparadarorigenadiferentesprotenasquedesempeanfuncionesmuydiversas.Sehaestimadoqueenelorganismohumanosesintetizanalrededorde500milprotenasdiferentes.
Carbono
Grupo R
Grupo amino
Grupo carboxilo
Formacin de un dipptido
Dipptido
Aminocido 1 Aminocido 2
H2O
H O H O | || | ||
HNCCOH + HNCCOH | | | | H R1 H R2
H O H O | || | ||
HNCCNCCOH | | | | H R1 H R2
Formacin de enlace peptdico
Liberacin de molcula de agua
47
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
Estructura de las protenas
Lasprotenassonfuncionalescuandoalcanzanunaestructuratridimensional.Acontinuacinseilustralaconformacindeunaprotena,utilizandocomoanalo-gaelcabledeltelfono.
Estructura primaria. La secuencia lineal de aminocidos en una cadena de polipptidos se llama estructura primaria y tiene una importancia fundamental para la funcin que desempear la protena cuando termine de conformarse. La sustitucin de un solo aminocido en ciertas protenas puede causar la prdida de su funcin.
Estructura terciaria. Se origina cuando la estructura secundaria adopta una disposicin tridimensional debido a la atraccin entre la alfa hlice y la hoja plegada, haciendo que la molcula se enrolle sobre s misma y dando origen a dos estructuras. De acuerdo a su estructura terciaria, se reconocen dos tipos de protenas: globular soluble (enzimas) y fibrosa insoluble (queratina).
Estructura cuaternaria. Ciertas protenas estn constituidas por una cadena polipeptdica nica, mientras que otras estn compuestas de dos o ms cadenas polipeptdicas qumicamente unidas que dan lugar a la estructura cuaternaria. Solo algunas protenas, como la hemoglobina, tienen esta configuracin.
hlice hoja plegada o lmina
Aminocidos
Aminocidos
A B C D
Vnculo pptido
Estructura secundaria. Es el enrollamiento de ciertas partes del polipptido gracias a la formacin de puentes de hidrgeno entre los grupos R de aminocidos cercanos, dando origen a dos tipos de estructuras: alfa hlice (enrollamiento en espiral) y hoja plegada (disposicin en zig zag).
48 Unidad 1: La clula
Funcin de las protenas
Lasprotenassonmolculasconunaextraordinariadiversi-daddeestructurasquellevanacabonumerosasfunciones,entrelasquedestacan:
Estructural.Anivelcelular,lasprotenasformanpartedelaestructuradelamembranaplasmtica,constituyenlosciliosyflagelosdeprocariontes,ysirvendesoportealADN.Aniveldetejidos,hayprotenasqueformanestructurasdrmicas(que-ratinas)ytejidoscartilaginoso,conjuntivoyseo(colgeno).
Reserva.(Acumulacindeenerga).Hayprotenascuyafuncineselalmacenamientodeenerga.Porejemplo:laovoalbminadelaclaradehuevo,lacasenadelaleche,lazenadelmaz,elglutendelasemilladeltrigo,entreotras.
Transporte. Laspermeasasregulanelpasodemolculasatravsdelamembra-nacelular;otrasprotenastransportansustancias,comoporejemplolospigmen-tosrespiratorioscomolahemoglobina,entreotros,quetransportaeloxgeno.
Contrctil.Laflagelina,queformapartedelosflagelosbacterianos,permitelamovilidaddelasbacterias.Otrasprotenascomolaactinaylamiosinaalmoverseentresprovocanlacontraccinylarelajacindelosmsculos.
Hormonal.Lashormonassonprotenastransportadasporelmediointernodelorganismo(lasangreenlosanimalesylasaviaenlosvegetales),quelleganadeterminadasclulasalasqueestimulanparainiciarciertasreacciones.Porejemplo,lainsulinaproducidaporelpncreasylahormonadelcrecimientoproducidaporlahipfisis.
Enzimtica.Lasenzimassonprotenasqueregulanreaccionesbioqumicas.Puedenaumentarlarapidezdeunareaccinyutilizarmenosenerga.Enlasi-guienteleccinaprenderssobresufuncionamientoylascondicionesptimasquenecesitanparallevarlasacabo.
Escherichia coli, flagelo constituido de protenas.
Protenas de membrana. Funcin estructural.
Al finalizar la leccin...
1. Completalasiguientetablacomparativaentucuaderno.
Biomolcula Carbohidratos Lpidos cidos nucleicos Protenas
Elementos que la conforman
Monmero
Funcin (ejemplo)
2. Leenuevamentelaleccinyagregauncriteriomsalatablacomparativa.Luegocompltala.
49
Unidad
Leccin 5: De qu est compuesta la clula?
50 Unidad 1: La clula
Trabaja con lo que sabes
Comoacabasdeaprender,lasenzimassonprotenasqueintervienenenlasreaccionesqumicasparaqueseproduzcanconmayorrapidezyconunmenorgastodeenerga.Entubocaseencuentralaenzimallamadaamilasa,quedegradaelalmidningeridoenlosalimentos.
Materiales:unapapa,unmortero,vasodeprecipitado,placadePetri,doscotonesovaritasdealgodn,solucindelugolygotario.
Procedimiento
1. Conayudadelmortero,triturenlapapahastaobtenerunlquido(extractodealmidn).Djenloenelvasodeprecipitado.
2. Humedezcanunadelasvaritasconelextractodealmidn.
3. Luegoagrguenleunagotadelugol.Observenyanotensucoloracin.
4. Mojenlasegundavaritaconsaliva,mantenindoladebajodelalenguadurante2minutos.
5. AgrguenleunagotadelasolucindealmidnydjenlasobrelacpsuladePetridurante2minutos.
6. Luegoponganunangotadelugolenlavaritaconsaliva.Observenydescribansucoloracin.
Anlisis
Respondanensucuadernolassiguientespreguntas.
a. Enqucasoellugolreaccioncambiandodecolor?,qubiomolculareconoce?
b. Cmoexplicaranloquesucedienlavaritaquecontenasalivayalmidn?,porqunore-conocealalmidn?
c. Diseenunprocedimientoquelespermitacom-pararlavelocidaddelareaccindeestaenzimaconotrossustratosomanipulandootrasvariables.
Propsito de la leccin
Entucuerpoocurrendiariamenteinnumerablesprocesosqumicosquerequierendeciertascondicionesparaqueserealicenatiempo.Unadelascondicionesescontarconlasenzimasnecesariasparallevaracabolasreacciones.Comoaprendiste,lasenzimassonprotenas.Enestaleccinsabrsloimportantequesonparalavida.
Debes recordar: estructura de las protenas, reacciones qumicas.
LECCIN 6:Cul es la funcin de las enzimas?
djenla
Las enzimas
Todareaccinqumica,talcomolaocurridaenlahidrlisisdelalmidn,requieredeunainversininicialdeenergaparaqueseproduzca.Lacantidadmnimadeenergainicialquelasmolculasdelosreactivosdebentenerparaqueunareaccinqumicasucedasellamaenerga de activacin.
Unaformadeactivarmolculasesproporcionarlesenergacomocalor,esloquesehacecuandoseusaunallamaounachispaparaencenderelfogndelacocina,delasestufasagasoelmotordegasolinadeuncoche.Enlosseresvivos,sinembargo,laactivacindelasreaccionesqumicasnosepuedehacerporcalentamiento,porquelossistemasbiolgicossonsensiblesalcaloryseveranperjudicados.
Laestrategiadesarrolladaporlosseresvivosparasuperarlabarreraenergticadelasreaccionesfuelaparticipacindelasenzimas,protenascatalizadorasquereducenlacantidaddeenerganecesariaparaactivarlosreactivos.Laaccindelasenzimashacequelareaccinpuedainiciarseconnivelesdeenergadeactivacinmuchomenoresquelosrequeridos,comoseilustraenelsiguientegrfico.
Grfico N. 1: Energa de activacin de una reaccin en presencia y ausencia de enzima
Para lanzar en poco tiempo muchos objetos por una rampa, se puede aumentar el nmero de trabajadores o rebajar la rampa. De igual forma, para acelerar una reaccin qumica se pueden calentar los reactivos o aadir un catalizador, es decir, una sustancia que disminuya la energa de activacin necesaria para iniciar la reaccin.
Caractersticas de las enzimas
Aceleranlareaccin.Graciasaellassepuedeconseguirlamismacantidaddeproductoenmenostiempo,inclusosilacantidadenzimticaespequea.
Noseconsumendurantelareaccin.Alfinalizarlareaccin,lacantidaddeenzimaseslamismaquealprincipio.
Actansiemprealatemperaturadelservivo.
Altaactividad.Algunasconsiguenaumentarlavelocidaddereaccinenmsdeunmillndeveces,muchomsqueloscatalizadoresnobiolgicos.
Energa de activacin sin enzima
Energa de activacin con enzima Nivel de energa inicial
Nivel de energa final
Reaccin con enzima
Reaccin sin enzima
Energa de liberacin en la reaccin
Catalizadora: sustancia que
disminuye la energa de activacin
necesaria para una reaccin qumica.
Puede acercar las molculas que
reaccionan y/o debilitar los enlaces
existentes que unen los tomos para
formar los nuevos.
Apuntes:
existentes que unen los tomos para existentes que unen los tomos para
51
Unidad
Leccin 6: Cul es la funcin de las enzimas?
Cul es el mecanismo de accin de las enzimas?
Hasescuchadoqueciertaspersonassufrenmalestaresdigestivoscuandotomanleche?Estopuededeberseaquenoproducenlactasa(enzima)olohacenencantidadesinsuficientes.Estaenzimaeslaquefragmentalamolculadelactosapresenteenlalecheengalactosayglucosa,quesonfcilmenteasimilablesporelorganismo,culsersumecanismodeaccin?
Lasenzimaspresentanensuestructuraunsitioparticularparaquepuedaunir-seelsustratoqueparticiparenlareaccinqumica.Unavezqueseproducelauninentreelsitioactivoyelsustrato,laenzimasemodifica,alterandolaconstitucindelosreactivos,generandolosproductos.Lacompatibilidadsitioactivo-sustratoesprecisayespecfica.
Al finalizar la leccin...
Respondeentucuaderno.
1. Culeselsustratoconelquereaccionalaamilasasalivalentuboca?,qubiomolculaeselproductodelareaccin?
2. Mencionadosdiferenciasquepodrasdetectarenunareaccincatalizadaporunaenzimayotraqueno.
La enzima (E) fija el sustrato a su superficie por adsorcin. Al finalizar la reaccin se libera la enzima intacta (E) y el producto (P).
S+EESEPE+P
Modelos enzimticos
Adsorcin: es la atraccin que ejerce
la superficie de un slido sobre las
molculas de un lquido o de un gas.
Ejemplos biolgicos de adsorcin son
los contactos entre enzimas y sustratos
y los contactos entre antgenos
y anticuerpos.
Apuntes:
Llave cerradura
Sustrato
Enzima
Sitio activo
Complejo enzima - sustrato
Encaje inducido
Sustrato
Enzima
Sitio activo
Complejo enzima - sustrato
52 Unidad 1: La clula
PENSAMIENTO CIENTFICO
Representacin de resultados en grficos
Ensutrabajocotidiano,loscientficosllevanacabodiversastareas:investigacionesbibliogrficas,experimentos,obtienendatos,sacanconclusiones,entreotraslabores.Cadaexperimentoarrojaunresultado,muchasvecesrepresentadoenvariosdatos.Estospuedenexpresarsedediferentesmaneras,yaseaenuntexto,enunatablaoengrficos.Lainformacineslamisma,solovarasupresentacin.Enlarepresentacinatravsdegrficos,resultamsfcilanalizar,compararoestablecerrelacionesentrelosdatos.Haydistintostiposdegrficos:torta,lneasobarras.Analizaelsiguienteejemplo.